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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Produktion von Propylen aus
leichten Kohlenwasserstofffraktionen, die vor allem Butene und/oder
Pentene enthalten.
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Sie
betrifft insbesondere ein Verfahren, das es ermöglicht, eine Olefinbeschickung,
das heißt,
dass sie Olefine umfasst, von Kohlenwasserstoffen, deren Anzahl
an Kohlenstoff größer oder
gleich 4 ist, zum Beispiel einen C4- und/oder C5-Schnitt (wobei
der Begriff Cn einen Kohlenwasserstoffschnitt mit n Kohlenstoffatomen anzeigt),
zum Beispiel durch Dampfcracken oder FCC mindestens zum Teil in
Propylen umzuwandeln. Der Begriff FCC, in der englischen Terminologie
die Abkürzung
für Fluid
Catalytic Cracking ist, bedeutet katalytisches Cracken im Fliessbett.
Allgemein und gemäß der vorliegenden
Erfindung bezeichnet der Begriff FCC das in der Raffinerie herkömmlich verwendete
Verfahren des katalytischen Crackens schwerer Erdölfraktionen,
wobei eine hauptsächlich über etwa
350 °C siedende
Beschickung (mindestens 50 Gew.-%, im Allgemeinen mindestens 70
Gew.-% und häufig
100 Gew.-% über
350 °C siedende
Beschickung) verwendet wird, zum Beispiel Vakuumdestillat oder gegebenenfalls
atmosphärischer
Rückstand.
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Diese
C4/C5-Olefinschnitte sind in den Erdölraffinieren und den Anlagen
zum Dampfcracken in großer, häufig überschüssiger Menge
verfügbar.
Ihr Recycling ist jedoch problematisch:
- – Ihr Recycling
zum Dampfcracken weist Nachteile auf (die Ausbeuten an leichten
Olefinen sind geringer als bei den paraffinischen Schnitten und
ihre Verkokungsneigung ist hoch),
- – ihr
Recycling zum FCC ist außerdem
schwerlich vorstellbar, da sie unter den Bedingungen des FCC sehr wenig
reaktiv sind, das an die Vakuumdestillatbeschickung angepasst ist.
Ihr Recycling zum FCC würde somit
die Verwendung härterer
Bedingungen oder spezifischer Katalysatoren erfordern, was die Funktion des
FCC modifizieren würde.
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Die
Beschickung gemäß der Erfindung
kann auch dampfgecracktes Benzin, FCC-Benzin oder ein anderes olefinisches
Benzin umfassen. (Unter Benzin wird im Allgemeinen ein Kohlenwasserstoffschnitt
verstanden, dessen größter Teil
mindestens aus mindestens einer Umwandlungs- oder Syntheseeinheit
stammt (wie etwa FCC, Viskositätsbrechen,
Verkokung, Fischer-Tropsch- Einheit
usw.) und dessen größter Teil
und typischerweise mindestens 90 Gew.-% dieses Schnitts aus Kohlenwasserstoffen
gebildet wird, die mindestens 5 Kohlenstoffatome und einen Siedepunkt
von kleiner oder gleich etwa 220 °C
aufweisen).
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Der
Olefinschnitt, aus dem die Beschickung des Verfahrens besteht, ist
daher bevorzugt aus denen ausgewählt,
die zuvor definiert wurden, oder umfasst eine Mischung aus jenen,
die zuvor definiert wurden. Eine typische Beschickung umfasst häufig Butene
und/oder Pentene in nennenswerter oder großer Menge, kann jedoch auch
Ethylen, gegebenenfalls kleine Mengen an nicht fraktioniertem Propylen,
Hexene, Olefine, die 7 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen, Schnitte
olefinischen Benzins umfassen. Meistens ist die Beschickung nicht
rein olefinisch sondern umfasst auch Paraffine (vor allem n-Butan und/oder Isobutan,
Pentane, und manchmal Aromaten, vor allem Benzen und/oder Toluen
und/oder Xylene. Sie kann Isobuten und/oder Isoamylene umfassen.
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Die
Beschickung umfasst ebenfalls häufig
stark ungesättigte
Verbindungen: Diene (Diolefine) vor allem mit 4 oder 5 Kohlenstoffatomen
(insbesondere Butadien).
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Die
Beschickung ist typischerweise eine leichte Beschickung, deren Destillationsendpunkt
(gemäß der TBP-Methode,
die dem Fachmann gut bekannt ist), oder mindestens der Punkt, an
dem 90 Gew.-% der Beschickung destilliert sind, sehr allgemein unterhalb
von 320 °C,
und allgemein unterhalb von 250 °C
liegt.
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Das
Verfahren zur Umwandlung einer Beschickung, die C4- und/oder C5-Olefinkohlenwasserstoffe umfasst,
in einen Schnitt, der Propylen umfasst, das Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist, setzt nacheinander die Abfolge der folgenden Schritte
ein: – Einen
Schritt der Oligomerisation und/oder Cooligomerisation der Butene
und/oder Pentene, die in der Beschickung enthalten sind, um vor
allem höhere
Olefine zu erhalten, vor allem mit einer Anzahl an Kohlenstoffatomen
von größtenteils
größer oder
gleich acht. Wenn die Beschickung, gemäß einer Variante des Verfahrens
gemäß der Erfindung,
Ethylen umfasst, können
die Cooligomerisationsreaktionen auch eine bestimmte Menge an C6-
oder C7-Olefinen produzieren. – Einen
Schritt des katalytischen Crackens der so produzierten höheren Olefine.
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Häufig werden
Verbindungen, die durch die Zugabe von n identischen Olefinen gebildet
werden, Olefin-Oligomere genannt, und Verbindungen, die durch die
Zugabe von n Olefinen gebildet werden, von denen mindestens zwei
verschieden sind, werden Cooligomere genannt.
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Gemäß der Erfindung
und nachfolgend in der vorliegenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen wird
der Begriff Oligomere (und die Begriffe oligomerisieren und Oligomerisation)
auf umfassendere Weise verwendet, indem er auf höhere Olefine angewendet wird,
die durch die Zugabe von n identischen und/oder verschiedenen Olefinen
gebildet werden (der Begriff wird daher auch auf einen Schnitt angewendet,
der Cooligomere umfasst).
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Die
Oligomerisation unterscheidet sich von der Polymerisation durch
die Zugabe einer begrenzten Anzahl von Molekülen, wobei das zuvor zitierte
Zeichen n, für
den größten gewichtsmäßigen Teil
mindestens der Oligomere im Bereich zwischen einschließlich 2
und 10, und allgemein zwischen 2 und 5, vor allem zwischen 2 und
4 liegt. Die Oligomere können
jedoch Spuren von Olefinen umfassen, die mit n > 10 oligomerisiert wurden. Allgemein stellen
diese Spuren weniger als 5 Gew.-% bezogen auf die gebildeten Oligomere
dar.
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Die
Anlage zum Einsatz des Verfahrens gemäß der Erfindung wird bevorzugt
in der Nähe
oder am Standort der Raffination (Erdölraffinerie) oder eines petrochemischen
Werks (im Allgemeinen ein Dampfcracker) installiert.
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Stand der Technik:
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Ein
bekanntes Verfahren zur Produktion von Propylen, abgesehen von den
herkömmlichen
Produktionsverfahren, wie dem FCC und dem Dampfcracken (bei denen
das Propylen ein Coprodukt mit anderen Produkten, wie vor allem
Benzin oder Ethylen, ist) ist das Verfahren der Metathese, das eine
Mischung aus Ethylen + n-Buten in Propylen umwandelt. Dieses Verfahren
wird in der französischen
Patentschrift
FR 2 608 595 beschrieben.
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Einer
der Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung
im Vergleich zur Metathese ist es, das Propylen aus allen olefinischen
Verbindungen der C4-, C5-Schnitte und gegebenenfalls der Kohlenwasserstoffschnitte
mit einer höheren
Anzahl an Kohlenstoffatomen, vor allem Benzin, zu produzieren, und
keinen massiven Verbrauch von Ethylen, einem teuren Produkt, zu
erfordern. Wenn es an einem Standort zum Dampfcracken angewendet
wird, ermöglicht
das Verfahren gemäß der Erfindung
nicht nur, kein Ethylen als Beschickung zu verwenden, sondern auch
die Coproduktion von Ethylen und Propylen. Da die Coproduktion von
Ethylen typischerweise geringer ist als die von Propylen, ermöglicht dies,
das Verhältnis
von Propylen zu Ethylen des Dampfcrackers zu verbessern.
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Außerdem ermöglicht das
Verfahren gemäß der Erfindung,
wenn es in der Erdölraffinerie
angewendet wird, dagegen nach Bedarf (zusätzlich zu den C4-/C5-Schnitten) relativ
begrenzte Mengen und/oder schwer valorisierbare Mengen an Ethylen
zu valorisieren, was bei der Raffinerie häufig der Fall ist.
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Es
sind auch Verfahren zur Produktion von Propylen aus C4- und C5-Olefinschnitten in
einem einzigen Schritt bekannt:
- – Es ist
vor allem ein Verfahren bekannt, das in der Hauptsache aus dem katalytischen
Cracken im Fließbett besteht,
durch eine ähnliche
Technologie wie die des herkömmlichen
FCC, die aber unter rauen Bedingungen (und hoher Temperatur) arbeitet,
vor allem:
Ausgangstemperatur im Riser nahe 700 °C (wobei
der englische Begriff „Riser" vertikale rohrförmige Steigleitung
mit aufsteigender Zirkulation des Katalysator und der Reaktionsbeschickung
bedeutet). Ein Nachteil dieses Verfahrenstyps, der manchmal petrochemisches
FCC genannt wird, ist es, dass er ein Übercracken des Benzins realisiert,
das in der Beschickung enthalten ist, das daher die Ausbeute an
letzterem verringert. Die Paraffine, die in der Beschickung enthalten
sind, leiden ebenfalls unter diesen harten Temperaturbedingungen,
was ein thermisches Cracken und die Bildung von leichten Verbindungen,
die in diesem Verfahren schlecht valorisierbar sind, induzieren
kann, zum Beispiel Verbindungen, die leichter als Propylen sind.
Außerdem übersteigt
die deklarierte Propylenausbeute, selbst unter sehr rauhen Bedingungen,
30 % kaum.
- – Ein
anderes Verfahren zur Produktion von Propylen ist ein Verfahren
im Fließbett,
das als Katalysator einen ZSM-5-Zeolithen verwendet. Dieses Verfahren
ist in der internationalen Patentanmeldung WO 01/04237 sowie in dem Artikel Maximizing
Refinery Propylene Production Using ZSM-5 Technology beschrieben,
was sich mit „Maximieren
der Propylenproduktion in der Raffinerie unter Verwendung von ZSM-5-Technologie" übersetzten lässt, der
in der Zeitschrift „Hart's Fuel Technology
and Management" ([Harts
Zeitschrift zu] Technologie und Management von Brennstoffen), Ausgabe
Mai 1998, erschienen ist. Die typischen Betriebsbedingungen dieses
Verfahrens sind eine Temperatur nahe 600 °C und ein Druck zwischen 0,1
und 0,2 MPa.
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Unter
diesen Bedingungen liegt die Propylenausbeute bei etwa 30 % und
kann sich durch das Recycling der C4- und C5-Schnitte, die nicht
reagiert haben, bis auf 50 % erhöhen.
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Ein
Nachteil dieses Verfahrens ist, dass es hinsichtlich der rauhen
Betriebsbedingungen, und hinsichtlich der Definition der C4- und
C5-Eingangsolefinschnitte
ziemlich anspruchsvoll ist, die kein Benzin mit einer Anzahl an
Kohlenstoffatomen größer als
5 sein können,
wie im Fall der vorliegenden Erfindung, die einen Benzinschnitt
behandeln kann. Ein anderer Nachteil ist, dass die Paraffine der
Beschickung, die den Reaktor durchqueren ohne katalytisch umgewandelt
zu werden, teilweise, vor allem thermisch, gecrackt werden können, wodurch
sich unerwünschte
leichte Verbindungen bilden.
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Aus
der Familie der einschrittigen Verfahren kann auch ein Verfahren
zitiert werden, dessen Beschreibung in dem Artikel Production Propylene
from Low Valued Olefins (Propylenproduktion aus geringwertigen Olefinen)
zu finden ist, der in der Zeitschrift „Hydrocarbon Engineering" (Kohlenwasserstofftechnik)
vom Mai 1999 erschienen ist. Es handelt sich um ein Verfahren im
Festbett, wobei der Katalysator ein Zeolith vom Typ ZSM-5 ist, der
in Gegenwart von Wasserdampf agiert. Die Temperatur liegt nahe 500 °C und der
Druck liegt im Bereich zwischen 0,1 und 0,2 MPa. Die Dauer des deklarierten
Zyklus liegt in der Größenordnung
von 1.000 Stunden. Der Katalysator wird in situ regeneriert und
seine gesamte Lebensdauer, das heißt, der Zeitraum, in dem er
im Reaktor verwendet wird bevor er vollständig erneuert wird, liegt bei
etwa 15 Monaten. Die gesamte deklarierte Propylenausbeute liegt
bei etwa 40 % und könnte
sich durch das Recycling der C4- und C5-Schnitte, die nicht reagiert
haben, bis auf 60 % erhöhen.
Dieses Verfahren ermöglicht
es, eine relativ hohe Propylenausbeute zu erhalten. Es erfordert
jedoch die Verwendung von Wasserdampf und die Dauer des Katalysatorzyklus
ist nicht sehr lang.
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Es
kann auch ein Verfahren zitiert werden, dass in der internationalen
Patentanmeldung
WO 99/29805 und
in der Patentschrift
EP-A-1
061 116 beschrieben ist. Es handelt sich um ein Verfahren,
das einen zeolithischen Katalysator vom Typ MFI verwendet, der ein
hohes Si/Al-Verhältnis
(zwischen 180 und 1.000) aufweist, um die Wasserstoffübertragungsreaktionen
zu begrenzen, die für
die Produktion von Dienen und Aromaten verantwortlich sind. Die
Temperatur liegt nahe bei 550 °C,
der Druck nahe bei 0,1 MPa, und die Raumgeschwindigkeit liegt im
Bereich zwischen 10 h
–1 und 30 h
–1.
Die Propylenausbeute liegt im Bereich zwischen 30 und 50 %, bezogen
auf die Menge an Olefinen, die in der Beschickung enthalten ist.
Sie kann daher auf typischerweise weniger als 30 % geschätzt werden,
wenn sie direkt auf die Eingangsbeschickung bezogen wird.
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Es
kann auch ein Verfahren zitiert werden, dass in der Patentschrift
EP-B1-0 109 059 beschrieben wird.
Es handelt sich um ein Verfahren, das einen zeolithischen Katalysator
vom Typ ZSM-5 oder ZSM-11 verwendet, das spezielle Merkmale aufweist,
das mit einer hohen Raumgeschwindigkeit verwendet wird. Das Verfahren
beschreibt in einer Variante auch die Abfolge der Oligomerisation
eines C4-Schnitts, die Elimination der Butane, die nicht reagiert
haben, und das katalytische Cracken der Oligomere. Das Ziel der
Oligomerisation ist die Elimination der Butane vor dem Schritt des
Crackens über
eine Oligomerisation der Butene, was die Fraktionierung Butane/Oligomere
erleichtert, während
die Fraktionierung Butane/Butene schwierig ist. Die C5-Olefinschnitte
werden direkt gecrackt. Es werden keine speziellen technischen Mittel
oder Verfahrensanordnungen erwähnt,
wenn die Beschickung Isobuten und/oder Isopenten und/oder Isoamylene
umfasst.
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Schließlich kann
auch die US-Patentschrift
US
6,049,017 zitiert werden, die ein Verfahren zur Produktion
von Propylen und Ethylen aus C4-Olefinschnitten beschreibt, das
einen Schritt der Elimination des Isobutens durch Veresterung umfasst.
Im Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Elimination des Isobutens, auch wenn sie möglich oder
bevorzugt ist, nicht unverzichtbar, wie später erläutert werden wird.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung:
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Allgemein
ermöglicht,
im Vergleich mit einschrittigen Verfahren zur Umwandlung, die einen
einzigen Katalysator und einen einzigen Satz an Betriebsbedingungen
verwenden, das Verfahren gemäß der Erfindung, das
zwei unterschiedliche Schritte erfordert, die Kettenlänge der
Olefine zu erhöhen,
bevor sie zum Schritt des Crackens geschickt werden, um sie für dieses
Cracken reaktiver zu machen, und jeden der Schritte im Hinblick auf
den Katalysator und die Betriebsbedingungen zu optimieren, wie später ausgeführt wird.
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Die
unterschiedlichen Betriebsbedingungen ermöglichen es vor allem im Schritt
der Oligomerisation, die Additionsreaktionen zu begünstigen,
vor allem durch die Verwendung eines relativ hohen Drucks, während für den Schritt
des Crackens bevorzugt ein relativ niedriger Druck und eine höhere Temperatur
verwendet wird. Somit hat vor allem das Propylen, das in dem Schritt
des Crackens gebildet wurde, sobald es gebildet ist, wenig Neigung,
sich zu oligomerisieren.
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Es
wurde ebenfalls herausgefunden, dass eine vorherige Oligomerisation
einer Beschickung, die gleichzeitig C4-Olefine und mindestens eine
nennenswerte Menge anderer Olefine der Gruppe, bestehend aus den
C2-, C5- und C6-Olefinen,
vor allem den C5- und/oder C6-Olefinen, umfasst, zu höheren Ausbeuten
und einer besseren Propylenselektivität führt.
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Vor
allem führt
eine Oligomerisation (möglicherweise
mit teilweiser Cooligomerisation) einer Mischung, die C4- und C5-Olefine,
oder auch C4- und C5- und C6-Olefine, oder auch C4- und C2- und
C5-Olefine umfasst, zu verbesserten Propylenausbeuten (nach dem
Cracken), zu einer höheren
Umwandlung, und zu Betriebsbedingungen, die leichter einzusetzen
sind, als wenn nur der C4-Schnitt oligomerisiert würde, wobei
die C5-Olefine vor allem ohne vorherige Oligomerisation gecrackt
werden. Der Vorteil dieser Cooligomerisation ist nennenswert, wenn
die Menge an oligomerisiertem C5-Schnitt
ausreichend ist.
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Unter
den bevorzugten Beschickungen des Verfahrens gemäß der Erfindung, mit denen
der Schritt b) der Oligomerisation versorgt wird, sind Beschickungen
zu finden, die mindestens 50 Gew.-% und häufig mindestens 70 Gew.-%,
sogar mehr C4- + C5- + C6-Fraktionen umfassen, und die Olefine mindestens
zwei der C4-, C5- und C6-Fraktionen umfassen, und vor allem eine
Beschickung:
- – die einen C4-Olefinschnitt
umfasst (das heißt,
Olefine gegebenenfalls mit anderen Verbindungen, zum Beispiel Paraffine,
umfasst), wobei die Beschickung zum Beispiel mindestens 10 Gew.-%
C4-Olefine umfasst, und ebenfalls C5- und/oder C6-Olefine umfasst,
zum Beispiel mindestens 10 Gew.-%, mit einem Massenverhältnis: R1
= C5-Olefine + C6-Olefine/C4-Olefine mehr als 0,15 und zum Beispiel
0,2 < R1 < 5 vor allem 0,3 < R1 < 3 insbesondere
0,5 < R1 < 2 und ganz besonders
0,7 < R1 < 1,5,
- – oder
die einen C4-Olefinschnitt umfasst, wobei die Beschickung zum Beispiel
mindestens 10 Gew.-% C4-Olefine umfasst, und auch C5-Olefine umfasst,
zum Beispiel mindestens 10 Gew.-%, mit einem Massenverhältnis:
R2
= C5-Olefine/C4-Olefine mehr als 0,15 und zum Beispiel 0,2 < R2 < 5 vor allem 0,3 < R2 < 3 insbesondere 0,5 < R2 < 2 und ganz besonders
0,7 < R2 < 1,5.
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Diese
Beschickungen, die C4- und C5-Olefine enthalten, können ebenfalls
C6-Olefine umfassen;
sie können
ebenfalls im Wesentlichen frei von C6-Olefinen sein, zum Beispiel
mit einem Massenverhältnis:
R3
= C4-Olefine + C5-Olefine/C6-Olefine mehr als 10, wobei die C6-Olefine
zum Beispiel, als Mischung mit den Oligomeren, ohne einer vorherigen
Oligomerisation unterzogen zu werden, zum Schritt des Crackens geschickt
werden.
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Diese
Beschickungen liefern nach der Oligomerisation und dem Cracken gemäß dem Verfahren
der Erfindung gute Propylenausbeuten. Es wird angenommen, dass die
C4- und C5-Olefin-Oligomere, insbesondere die Fraktionen der C9-Codimere,
die aus der Dimerisation eines Butens und eines Pentens stammen, bessere
Propylenausbeuten und ein höheres
Propylen/Ethylen-Verhältnis
liefern als durch direktes Cracken der C4- oder C5-Olefine, insbesondere
aufgrund der Tatsache, dass eine nennenswerte Fraktion des C9-Dimers
gecrackt werden kann, wodurch es 3 Propylenmoleküle liefert.
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Die
Fraktionen, die aus dem katalytischen Cracken der Oligomere stammen,
enthalten typischerweise relativ geringe Mengen an C4- und C5-Olefinschnitten.
Der Hauptteil der Beschickung ist typischerweise eine externe Olefinfraktion einer
frischen Beschickung, das heißt,
dass sie nicht aus den Abflüssen
von Schritt d) des Verfahrens gemäß der Erfindung stammt, zum
Beispiel eine oder mehrere Beschickungen, die aus den Abflüssen eines
Dampfcrackers (der zum Beispiel Naphta crackt), und/oder eines FCC
stammen, der hauptsächlich
Vakuumdestillat crackt. Dies bedeutet vor allem, das es möglich ist,
eine Beschickung zu oligomerisieren, die eine ausreichende Menge
an C5-Olefinen umfasst, entsprechend den zuvor zitierten Werten
für die Verhältnisse
R1 und R2.
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Aus
dem Verfahren gemäß der Erfindung
resultieren mehrere Vorteile:
- – Eine größere Flexibilität bei der
Auswahl der Beschickungen: nicht nur C4-Olefinschnitte sondern auch mit
C5- und/oder C6-, oder sogar C7-Olefinfraktionen
und gegebenenfalls Ethylen, mit denen die Oligomerisation versorgt
werden kann und/oder relativ schweres olefinisches Benzin, das leicht
in den Schritt des Crackens eingeführt werden kann.
- – Eine
höhere
Propylenausbeute.
- – Ein
höheres
Propylen/Ethylen-Verhältnis.
- – Eine
höhere
Umwandlungsrate im Schritt des Crackens aufgrund der höheren Reaktivität der Oligomere.
- – Eine
längere
Zyklusdauer der Crackingkatalysatoren (und auch der Oligomerisation),
wobei das Cracken unter sanfteren Bedingungen realisiert werden
kann, vor allem mit einer weniger hohen Temperatur. Diese erhöhte Zyklusdauer
bedeutet, dass es ohne Betriebsprobleme möglich ist, einen oder mehrere
Reaktoren zum katalytischen Cracken im Festbett oder Bewegtbett
zu verwenden, und die Verwendung von Fließbettreaktoren, die teuerer
sind, zu vermeiden.
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Die
Erfindung schlägt
daher ein Verfahren zur katalytischen Umwandlung einer Kohlenwasserstoffbeschickung
vor, die Olefine mit 4 und/oder 5 Kohlenstoffatomen umfasst, wobei
dieses Verfahren durch die Abfolge der folgenden Schritte gekennzeichnet
ist:
- – Mindestens
einen Schritt b) oder b1) oder b3) der Oligomerisation (die Schritte
b), b1) und b3) werden später
erläutert),
wobei in mindestens einem Reaktor eine katalytische Oligomerisation
der Olefine mit 4 und/oder 5 Kohlenstoffatomen realisiert wird,
die in der Beschickung enthalten sind, in höhere Olefine, das heißt, in Oligomere,
die eine höhere
Anzahl an Kohlenstoffatomen, größtenteils
größer oder
gleich acht, aufweisen, dann
- – einen
Schritt d), wobei ein katalytisches Cracken mindestens eines Teils,
im Allgemeinen eines beträchtlichen
Teils (wie etwa mindestens 20 Gew.-% oder mindestens 30 Gew.-%),
und häufig
der größte Teil
(mehr als 50 Gew.-%, häufig
mehr als 70 % oder sogar 100 %) mindestens der produzierten Oligomere,
in einem Reaktor, der nicht der Oligomerisationsreaktor ist, realisiert
wird, um vor allem Propylen zu produzieren.
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Die
Beschickung kann vorher bevorzugt, bevor sie in die Einheit eingeführt wird,
einer selektiven Hydrierung in einem Schritt a) unterzogen werden,
um die Diolefine und andere acetylenische Verunreinigungen zu eliminieren,
die in der Beschickung häufig
vorhanden sind. Es wurde nämlich
herausgefunden, dass diese unterschiedlichen stark ungesättigten
Verbindungen zu einer gewissen Deaktivierung des Oligomerisationskatalysators
beitragen und dass es die selektive Hydrierung ermöglicht,
die Menge an Olefinen, die umgewandelt werden können, zu erhöhen.
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Gemäß einer
Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird der Abfluss aus dem Schritt b) der Oligomerisation einem Schritt
c) der Fraktionierung unterzogen, der eine Destillation umfasst,
um mindestens einen Teil der Verbindungen mit 4 und/oder 5 Kohlenstoffatomen
abzuscheiden, die häufig
direkt abgeleitet werden, ohne den Reaktor zum katalytischen Cracken
zu versorgen. Die C4-/C5-Fraktion, die bei der Oligomerisation nicht
reagiert hat, ist nämlich
in der Hauptsache paraffinisch und beim katalytischen Cracken sehr wenig
reaktiv. Ihre direkte Ableitung verhindert einen Transport in den
Reaktor zum katalytischen Cracken, wobei durch ein bestimmtes thermisches
Cracken die unerwünschte
Produktion von Gas erzeugt werden kann. Diese C4-/C5-Beschickung kann
in eine Einheit zum Dampfcracken geschickt werden, wobei sich diese
paraffinische Beschickung als gute Beschickung für das Dampfcracken erweist.
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Die
C6-Fraktion und/oder die C7-Fraktion des Abflusses aus Schritt b)
der Oligomerisation kann ebenfalls abgeleitet werden, und sie kann
gegebenenfalls zum Dampfcracken geschickt werden, sowie die C3-Fraktion
aus Verbindungen mit 3 Kohlenstoffatomen oder weniger dieser gleichen
Oligomerisationsabflüsse.
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Der
Abfluss aus dem Schritt d) des katalytischen Crackens wird typischerweise
einem Schritt e) der Fraktionierung unterzogen, der sehr häufig eine
Verdichtung der Gase umfasst, und eine oder mehrere Destillationen,
um die Abflüsse
abzuscheiden und einen C3-Schnitt zu produzieren, der reich an Propylen
ist oder Propylen, das im Wesentlichen rein ist.
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Ein
Teil der Verbindungen mit 4 und/oder 5 Kohlenstoffatome, die in
den Crackingabflüssen
enthalten sind, kann vorteilhafterweise in Schritt b) oder in Schritt
a) recycelt werden.
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Nachfolgend
werden die speziellen Bedingungen der verschiedenen Reaktionsschritte
des Verfahrens gemäß der Erfindung
gemäß einer
Variante ausführlicher
beschrieben, die selektive Hydrierung, Oligomerisation und katalytisches
Cracken an einem einzigen Standort integriert umfasst, wobei die
verwendete Beschickung ein leichter C4- und C5-Kohlenwasserstoffschnitt
ist, der hauptsächlich
Butene, Pentene, Butane, Pentane sowie in bestimmten Fällen Butadien
und Pentadien in variabler Menge enthält.
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1) Selektive Hydrierung (Schritt a)):
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Der
leichte Schnitt stammt typischerweise aus einem katalytischen Cracker
und/oder einem Dampfcracker.
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Die
Gehalte an Dienen und an acetylenischen Verbindungen sind hoch,
wenn dieser Schnitt aus einem Dampfcracker kommt; daher ist der
Schritt der selektiven Hydrierung der Diene und der acetylenischen
Verbindungen zu Olefinen in diesem Fall fast unverzichtbar. Sie
ist auch in der Mehrzahl der Fälle
bevorzugt, da sie die Verkokung des Oligomerisationskatalysators
in Schritt b) reduziert, und die Zyklusdauer des Oligomerisationsreaktors
erhöht.
Der Rahmen der Erfindung wird jedoch nicht verlassen, wenn das Verfahren
gemäß der Erfindung
keinen solchen Schritt der selektiven Hydrierung umfasst ist.
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Hauptaufgabe
dieses ersten Schritts ist es, die Diolefine (oder Diene) in Monoolefine
umzuwandeln. Die Monoolefine sind nämlich die Quelle der Oligomere,
die in Schritt 2 produziert werden. Es ist daher wünschenswert,
die Diolefine in Monoolefine umzuwandeln. Die zweite Aufgabe dieses
Schritts ist es, die Spuren der acetylenischen Kohlenwasserstoffe
zu eliminieren, die noch immer in diesen Schnitten vorhanden sind, und
die unerwünschte
Verbindungen für
die Oligomerisation sind, wobei diese Verbindungen ebenfalls in
Monoolefine umgewandelt werden.
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Wenn
der Anteil an Diolefinen in dem Schnitt hoch ist, wird vorteilhafterweise
die Umwandlung in zwei oder drei Reaktoren hintereinander durchgeführt, um
die Selektivität
der Hydrierung besser zu kontrollieren. Häufig wird die zu behandelnde
Beschickung durch Recycling einer bestimmten Durchflussmenge des
Abflusses aus dieser selektiven Hydrierung verdünnt.
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Der
Restgehalt an Diolefinen + acetylenischen Verbindungen des Abflusses
aus der selektiven Hydrierung liegt typischerweise bei weniger als
etwa 1.000 Gew.-ppm, bevorzugt bei weniger als etwa 100 Gew.-ppm und
besonders bevorzugt bei weniger als 20 Gew.-ppm. Der Restgehalt
an acetylenischen Verbindungen kann sogar geringer als 10 Gew.-ppm
oder 5 Gew.-ppm oder sogar als 1 Gew.-ppm sein.
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Die
Menge an Wasserstoff, die für
alle Reaktionen notwendig ist, die in diesem Schritt realisiert
werden, wird im Allgemeinen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung
des Schnitts realisiert, um vorteilhafterweise nur einen leichten
Wasserstoffüberschuss
bezogen auf die Stöchiometrie
zu haben.
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Im
Allgemeinen wird dieser Schritt der selektiven Hydrierung unter
Verwendung eines Katalysators realisiert, der mindestens ein Metall
umfasst, ausgewählt
aus der Gruppe, gebildet aus Nickel, Palladium, Platin, das auf
einem Träger,
der Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder Alumosilikat umfasst, abgelagert
ist.
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Es
wird bevorzugt ein Katalysator eingesetzt, der mindestens Palladium
oder eine Palladiumverbindung umfasst, die auf einem mineralischen
refraktären
Träger
fixiert ist, zum Beispiel auf einem Aluminiumoxid oder einem Alumosilikat.
Der Palladiumgehalt auf dem Träger
kann typischerweise zwischen 0,01 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bevorzugt
zwischen 0,05 Gew.-% bis 1 Gew.-% liegen. Verschiedene Arten der
Vorbehandlung, die dem Fachmann bekannt sind, können gegebenenfalls auf diese
Katalysatoren angewendet werden, um ihre Hydrierungsselektivität gegenüber den
Monoolefinen zu verbessern.
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Die
Betriebstemperatur der selektiven Hydrierung liegt im Allgemeinen
im Bereich zwischen 0 und 200 °C,
der Druck typischerweise im Bereich zwischen 0,1 und 5 MPa, häufig zwischen
0,5 und 5 MPa, die Raumgeschwindigkeit typischerweise im Bereich
zwischen 0,5 und 20 m3 pro Stunde und pro
m3 Katalysator, häufig zwischen 0,5 und 5 m3 pro Stunde und pro m3 Katalysator,
und das Molverhältnis
H2/(acetylenische + diolefinische Verbindungen)
im Allgemeinen im Bereich zwischen 0,5 und 5 und bevorzugt zwischen
1 und 3.
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Wenn
das katalytische Cracken auch mit einem Benzinschnitt versorgt wird,
dann kann dieser Schnitt auch einer selektiven Hydrierung, gemeinsam
oder getrennt von derjenigen des C4- und/oder C5-Schnitts, unterzogen
werden. Wenn diese selektive Hydrierung gemeinsam erfolgt, dann
kann gegebenenfalls das Benzin von dem C4- und/oder C5-Schnitt stromaufwärts der
Oligomerisation getrennt werden.
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Im
Allgemeinen wird, um die selektive Hydrierung zu realisieren, ein
Festbettreaktor, der absteigend im Gleichstrom von der zu behandelnden
Beschickung und Wasserstoff, oder im absteigendem Strom für die zu
behandelnde Beschickung und in aufsteigendem Strom für Wasserstoff
durchquert wird.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
kann gegebenenfalls auch einen oder mehrere Schritte der Reinigung
der Beschickung (getrennt von oder gemeinsam mit der selektiven
Hydrierung) stromaufwärts
der Oligomerisation umfassen, die für mindestens einen der folgenden
Schritte nützlich
oder notwendig sein können: Oligomerisation
und Cracken. Die Nützlichkeit
dieser optionalen Reinigungsschritte hängt direkt von dem oder den
benutzten Katalysatoren sowie von den Betriebsbedingungen ab, und
ist für
den Fachmann für
jeden speziellen betrachteten Fall eindeutig offenbar. Somit wird
der Rahmen der Erfindung nicht verlassen, wenn stromaufwärts der
Oligomerisation ein oder mehrere Schritte der Entschwefelung und/oder
der Trocknung und/oder der Stickstoffentfernung und/oder Desoxidation
realisiert wird, um eine oder mehrere der folgenden Verunreinigungen
zu eliminieren: Schwefel, Wasser, Stickstoff, Sauerstoff unter 100
Gew.-ppm, oder 10 Gew.-ppm, oder
sogar 1 Gew.-ppm, gemäß herkömmlicher
Techniken.
-
2) Oligomerisation (Schritt b)):
-
Aufgabe
des zweiten Schritts ist es, die linearen und gegebenenfalls verzweigten
C4- und C5-Olefine sowie andere gegebenenfalls vorhandene Olefine
zu oligomerisieren, zum Beispiel und nicht beschränkend C2-(Ethylen)
und/oder C6-Olefine (Hexene), die aus dem vorherigen Schritt stammen,
um eine Kohlenwasserstoffmischung zu erhalten, die Monoolefine mit
einer Zahl an Kohlenstoffatomen enthält, die größtenteils größer oder
gleich acht ist. Typischerweise werden aus einer C4-Beschickung
Oligomere erhalten, die zum großen
Teil eine Anzahl an Kohlenstoffatomen von mindestens weniger oder
gleich 30 aufweisen, und zum größten Teil
im Bereich zwischen 8 und 20.
-
Die
Oligomerisation kann in einem oder mehreren Schritten, mit einem
oder mehreren Reaktoren und mit einem oder mehreren Katalysatoren
realisiert werden. Die folgende Beschreibung des Katalysators und
der Betriebsbedingungen kann auf irgendeinen der Schritte und/oder
auf irgendeinen der Reaktoren angewendet werden.
-
Der
Schritt der Oligomerisation kann einen Katalysator verwenden, der
eine Lewis-Säure
umfasst, zum Beispiel Aluminiumchlorid, Chloralkylaluminium, Zinntetrachlorid,
Bortrifluorid, wobei diese Lewis-Säure häufig mit Spuren von Salzsäure, Wasser,
tert-Butylchlorid oder organischen Säuren assoziiert ist.
-
Die
Dimer- und Trimer-Selektivität
hängt vom
Katalysator und den Betriebsbedingungen ab. In der vorliegenden
Erfindung ist das Oligomerisationsverfahren so, dass eine nennenswerte
oder gegebenenfalls vollständige
Umwandlung aller Ausgangsolefine angestrebt wird.
-
Der
für den
Schritt der Oligomerisation verwendete Katalysator kann auch geträgerte Schwefelsäure oder
geträgerte
Phosphorsäure
umfassen, zum Beispiel auf Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Alumosilikat.
-
Der
für den
Schritt der Oligomerisation verwendete Katalysator kann auch ein
Sulfonharz umfassen (als nicht-beschränkendes Beispiel ein AMBERLIST-Harz,
das von ROHM & HAAS
vertrieben wird).
-
Der
für den
Schritt der Oligomerisation verwendete Katalysator kann auch ein
Alumosilikat, oder bevorzugt eine feste Säure umfassen, die eine Formselektivität aufweist.
-
Zum
Beispiel kann dieser Katalysator mindestens einen Zeolithen umfassen,
der eine Formselektivität aufweist,
wobei dieser Zeolith Silicium und mindestens ein Element, ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Aluminium, Eisen, Gallium, Phosphor, Bor
und bevorzugt Aluminium umfasst. Dieser Zeolith kann zum Beispiel
einer der folgenden Strukturtypen sein:
MEL (zum Beispiel ZSM-11),
MFI (zum Beispiel ZSM-5), NES, EUO, FER, CHA (zum Beispiel SAPO-34),
MFS, MWW, oder kann ebenfalls einer der folgenden Zeolithen sein:
NU-85,
NU-86, NU-88 und IM-5, die ebenfalls eine Formselektivität aufweisen.
-
Der
Vorteil dieser Zeolithen, die eine Formselektivität aufweisen,
ist, dass sie die Bildung von stark verzweigten Oligomeren, zum
Beispiel von dreifach verzweigten Isomeren begrenzen, deren Cracken
zu einer geringeren Propylen/Isobuten-Selektivität führt, das heißt zu einem
geringeren Masseverhältnis
Propylen/Isobuten.
-
Es
können
auch mehrere Zeolithen verwendet werden, die eine Formselektivität aufweisen,
zum Beispiel ein Zeolith vom Typ MFI (zum Beispiel ZSM-5), der mit
einem anderen Zeolithen, wie zuvor zitiert, oder einem der zuvor
zitierten Typen assoziiert ist.
-
Der
verwendete Zeolith kann auch mit einem Zeolithen gemischt sein,
der keine Formselektivität
aufweist, wie zum Beispiel einem Y-Zeolith mit dem Strukturtyp FAU.
-
Der
oder die Zeolithen können
in einer Matrix auf der Basis von Siliciumdioxid, von Aluminiumoxid
oder von Alumosilikat dispergiert sein, wobei der Zeolithanteil
(im Allgemeinen des Zeolithen, der eine Formselektivität aufweist)
häufig
im Bereich zwischen 3 und 80 Gew.-%, vor allem zwischen 6 und 50
Gew.-% und vorzugsweise zwischen 10 und 45 Gew.-% liegt.
-
Der
verwendete Zeolith (oder die verwendeten Zeolithen) weist (weisen)
eine vorhandene Formselektivität
auf, im Allgemeinen ein Si/Al-Verhältnis von mehr als 12, bevorzugt
von mehr als 40, noch stärker
bevorzugt mehr als 50, und noch viel stärker bevorzugt mehr als 80.
-
Das
Si/Al-Verhältnis
kann zum Beispiel im Bereich zwischen 40 und 1.000 liegen. Dies
ermöglicht
es, die Azidität
des Katalysators und der Reaktionen zur Wasserstoffübertragung
zu reduzieren, die zur Bildung von Paraffinen führen, die im Hinblick auf den
nachfolgenden Schritt des Crackens nicht oder wenig reaktiv sind.
Solche hohen Si/Al-Verhältnisse
können
im Augenblick der Fertigung des Zeolithen, oder durch nachfolgende
Dealuminierung erhalten werden.
-
Der
Oligomerisationskatalysator kann sich schließlich von den zuvor zitierten
Katalysatoren unterscheiden, wenn er eine nennenswerte Oligomerisationsaktivität besitzt.
-
Der
Katalysator kann in festem Zustand, als Pulver, oder auch in Form
von Kugeln oder Extrudaten eingesetzt werden, mit einem Durchmesser,
der im Allgemeinen im Bereich zwischen 0,4 und 6 mm, bevorzugt zwischen
0,6 und 4 mm, liegt.
-
Der
Katalysator kann auch in Form einer Suspension in einem gesättigten
Kohlenwasserstoff, wie etwa Hexan oder Isobutan, oder in einem halogenierten
Kohlenwasserstoff, wie etwa Methylchlorid, eingesetzt werden. Die
Suspension kann in siedender Wirbelschicht vor allem mit Teilchen
mit einem mittleren Durchmesser im Bereich zwischen 0,25 und 1 mm,
und bevorzugt zwischen 0,3 und 0,8 mm, oder in einer Feinsuspension
mit Teilchen mit einem mittleren Durchmesser im Bereich zwischen
0,02 und 0,25 mm, und bevorzugt zwischen 0,03 und 0,20 mm, verwendet
werden. Es kann auch eine Suspension verwendet werden, bei der sich die
Teilchen in kolloidem Zustand befinden. Der bevorzugte Einsatz für den Oligomerisationsreaktor
ist der im Festbett.
-
Die
Betriebsbedingungen werden in Abhängigkeit vom Katalysator so
ausgewählt,
dass die Reaktion mit einer ausreichenden Geschwindigkeit abläuft. Die
(Ausgangs)temperatur (des Reaktors) kann zum Beispiel im Bereich –100 °C und 350 °C, bevorzugt
zwischen 0 °C
und 310 °C,
und besonders bevorzugt zwischen 70 °C und 310 °C, zum Beispiel zwischen 120 °C und 250 °C, vor allem
zwischen 150 und 220 °C
liegen. Häufig
liegt die Temperatur im Schritt b) der Oligomerisation mindestens
40 °C, bevorzugt mindestens
80 °C, und besonders
bevorzugt mindestens 120 °C
unterhalb der Temperatur im Schritt d) des katalytischen Crackens.
-
Der
Druck liegt typischerweise im Bereich zwischen 0,1 und 10 MPa, und
bevorzugt zwischen 0,1 und 5 MPa, und besonders bevorzugt zwischen
0,8 und 4 MPa, und vor allem zwischen 1,5 und 3,5 MPa. Häufig liegt
der Druck (am Ausgang des Reaktors) im Schritt b) der Oligomerisation
mindestens 0,5 MPa, bevorzugt mindestens 1 MPa, und besonders bevorzugt
mindestens 1,5 MPa über
dem Druck im Schritt d) des katalytischen Crackens.
-
Die
SV liegt im Allgemeinen im Bereich zwischen 0,1 und 5 m3 pro
Stunde und pro m3 Katalysator und bevorzugt
zwischen 0,5 und 4 m3 pro Stunde und pro
m3 Katalysator.
-
Die
Betriebsbedingungen werden häufig
auch in Abhängigkeit
von den Merkmalen der Beschickung optimiert.
-
Für den Schritt
a) der selektiven Hydrierung und für den Schritt b) der Oligomerisation
können
auch ähnliche
Bedingungen und vor allem ähnliche
Drücke
verwendet werden, wie etwa Drücke,
die sich voneinander um nicht mehr als höchstens 0,5 MPa, oder sogar
höchsten
0,3 MPa unterscheiden.
-
Dies
ermöglicht
es, die beiden Reaktionen nacheinander abfolgen zu lassen, gegebenenfalls
ohne intermediäre
Fraktionierung noch intermediären
Druckaufbau oder intermediären
Druckabbau, oder sogar gegebenenfalls ohne intermediäre Abkühlung oder
sogar ohne intermediäre
Wiedererwärmung.
Es ist auch möglich,
die Reaktionen der selektiven Hydrierung und Oligomerisation in
zwei aufeinander folgenden Betten eines Reaktors zu realisieren.
-
Die
Umwandlung der C4- und C5-Olefine während der Oligomerisation erreicht
im Allgemeinen 70 %, oder 90 % oder mehr, und kann sogar im Wesentlichen
vollständig
sein.
-
Es
kann in diesem Schritt interessant sein, unter den besonderen, im
nachfolgenden diskutierten Bedingungen, der Beschickung eine kleine
Menge Ethylen zuzufügen,
die die Bildung von Oligomeren mit sechs oder sieben Kohlenstoffatomen
begünstigt
(durch Zugabe mit den C4-/C5-Olefinen zur Beschickung) und deren
nachfolgendes Cracken zu Propylen. Dies ermöglich die relativ begrenzten
Ethylenmengen zu valorisieren, die in einer Erdölraffinerie verfügbar sind
(wobei dieses Ethylen in der Hauptsache im FCC produziert wird). Eine
andere Situation, in der diese Anordnung interessant ist, ist die
eines Ethylenzulauf, der aus dem Dampfcracker kommt, in einem konjunkturellen
Zeitraum, in dem die Nachfrage nach Ethylen gering ist, während die Nachfrage
nach Propylen hoch bleibt. Die Ethylenmenge kann also an den verfügbaren Überschuss
angepasst werden. (Diese Anpassung ist beispielsweise beim Metathese-Verfahren
nicht möglich,
bei dem genau so viele Ethylenmol wie Butenmol verwendet werden).
Die verwendbare Ethylenmenge liegt zum Beispiel im Bereich zwischen
0,5 und 15 Gew.-% der Oligomerisationsbeschickung. Typischerweise
umfasst die Beschickung des Oligomerisationsreaktors zwischen 0,5
und 15 Gew.-% Ethylen, bezogen auf die Summe der C4-, C5- und C6-Olefine.
-
Durch
die Verwendung einer Oligomerisation bei relativ hohem Druck und
niedriger Temperatur, bezogen auf die des katalytischen Crackens,
wird es möglich,
die beiden Arten von chemischen Reaktionen getrennt zu optimieren,
und spezifische Katalysatoren zu verwenden. Sie ermöglicht auch,
die Dauer des Zyklus und die Lebensdauer des Oligomerisationskatalysators
zu erhöhen,
der sehr viel weniger rauen Bedingungen, vor allem im Hinblick auf
die Verkokung, unterzogen wird.
-
Im
Allgemeinen ist der Oligomerisationsreaktor ein Festbett, verwendet
einen Katalysator, der ein Alumosilikat oder bevorzugt mindestens
eine Zeolithen, und besonders bevorzugt einen Zeolithen umfasst,
der eine Formselektivität
aufweist (zum Beispiel einen Zeolithen vom Typ MFI), arbeitet bei
einer Temperatur im Bereich zwischen 70 °C und +310 °C, einem Druck im Bereich typischerweise
zwischen 0,1 und 5 MPa, und einer Raumgeschwindigkeit im Bereich
zwischen 0,1 und 5 m3 pro Stunde und pro
m3 Katalysator.
-
Gemäß einer
Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung,
das vor allem verwendbar ist, wenn die Beschickung Isobuten, insbesondere
in beträchtlicher
oder hoher Menge, enthält,
kann der Schritt b) der Oligomerisation in 3 Schritten realisiert
werden:
- – Einem
Schritt b1) der begrenzten Oligomerisation, der es ermöglicht,
eine bevorzugte Oligomerisation reaktiverer verzweigter Olefine,
vor allem Isobuten, zu realisieren, wobei die linearen Olefine weniger
oligomerisiert werden,
- – einem
Schritt b2) der Fraktionierung der Abflüsse aus Schritt b1), zum Beispiel
durch Destillation oder jeder anderen bekannten Fraktionierung,
die es ermöglicht,
mindestens einen Schnitt zu extrahieren, der Diisobuten und/oder
optional Triisobuten umfasst: C8-Schnitt, reich an Diisobuten oder
im Wesentlichen reines Diisobuten, oder gegebenenfalls einen C8+-Schnitt (C8 und schwerer, der gegebenenfalls
ebenfalls Triisobuten zusammen mit Diisobuten umfassen kann), wobei
dieser extrahierte Schnitt direkt abgeleitet wird, (das heißt, dass
er die nachfolgenden Schritte b3) der Oligomerisation und d) des
Crackens nicht versorgt).
- – Ein
Schritt b3) der finalen Oligomerisation des Abflusses aus Schritt
b2), oder mindestens der C4- und/oder C5-Olefinfraktionen, nach
dem Ableiten des vorgenannten Schnitts, der Diisobuten und/oder
optional Triisobuten umfasst.
-
Diese
Schritte wirken untereinander sowie mit dem Schritt d) des Crackens
zusammen: Die Schritte b1) und b2) ermöglichen es, das Isobuten mindestens
teilweise zu eliminieren, über
ein Produkt: dem Diisobuten und/oder dem Triisobuten, deren Ausbeuten
aus dem katalytischen Cracken zu Propylen relativ gering sind, und
weniger verzweigte Oligomere in Schritt b3) zu erhalten, die bessere
Ausbeuten aus dem Cracken in Schritt d) ergeben. Die mindestens
teilweise Elimination des Isobutens vor Schritt b3) ermöglicht es
auch, in diesem Schritt b3) die Bildung von Gummi zu reduzieren,
bei dem eine vollständige
Oligomerisation der linearen C4- und/oder C5-Olefine gesucht wird.
Die Variante des zuvor beschriebenen Verfahrens, (mit begrenzter Oligomerisation
b1), dann die finale Oligomerisation b3) nach Fraktionierung b2)
und mindestens teilweise Elimination der Oligomere, die in b1) gebildet
wurden), kann auch auf eine Beschickung angewendet werden, die Isoamylene
(verzweigte C5-Olefine) anstelle von Isobuten umfasst, oder eine
Beschickung, die Isobuten und Isoamylene umfasst. Diese verzweigen
Olefine können
sehr viel leichter oligomerisiert werden, und bevorzugt zu ihren
linearen Homologen, was es ermöglicht,
sie nach Schritt b1) mindestens teilweise abzuleiten.
-
Schritt
b1), der sich nicht auf die Bildung von linearen Olefinen richtet,
die gute Propylenvorläufer
sind, kann mit einem Katalysator aus den zuvor zitierten eingesetzt
werden, aber auch mit einem zeolithischen Katalysator, der einen
Prozentanteil an Zeolith umfasst, der eine Formselektivität aufweist,
die geringer ist als jene aus Schritt b3), oder sogar mit einem
nicht zeolithischen Katalysator, der in der Hauptsache ein amorphes
Alumosilikat mit mittlerer Azidität umfasst.
-
In
Schritt b1) der Oligomerisation können auch unterschiedliche,
sehr selektive Betriebsbedingungen verwendet werden, da sehr bevorzugt
oder ausschließlich
Isobuten (und/oder die Isoamylene), bezogen auf die n-Butene (lineare
Butene) und/oder n-Pentene, isomerisiert werden. Zum Beispiel könnten im
ersten Schritt der Oligomerisation sanftere Bedingungen, bezogen
auf den finalen Schritt, verwendet werden, vor allem, indem im ersten
Schritt eine um mindestens um 40 °C
niedrigere Temperatur verwendet wird. Zum Beispiel kann eine erste
Oligomerisation b1) mit einer Temperatur im Bereich zwischen 20
und 80 °C,
und eine zweite Oligomerisation b3) mit einer Temperatur über 100 °C, oder sogar
120 °C oder
mehr realisiert werden. Es kann für b3) der gleiche Katalysator
verwendet werden, zum Beispiel auf der Basis von Alumosilikat, oder
alternativ unterschiedliche Katalysatoren.
-
Tatsächlich sind
Diisobuten und Triisobuten für
jede dieser Verbindungen eine Mischung aus Isomeren, die dem Fachmann
bekannt ist; für
das Diisobuten gibt es vor allem zwei Isomere, darunter 2,4,4-Trimethyl-2-penten,
mit einem normalen Siedepunkt von 104,9 °C, das im Bereich von Benzin
siedet und eine gute Oktanzahl hat. Das Triisobuten umfasst Oligomere,
von denen bestimmte einen normalen Siedepunkt zwischen 196 und 210 °C aufweisen,
die mindestens zum Teil in eine Benzinbasis oder in ein Kerosin
oder ein Gasöl,
je nach den gesuchten Valorisierungen, inkorporiert werden können. Es
kann auch für
Verwendungen in der Chemie valorisiert werden.
-
Ein
extrahierter Schnitt, der reich an Diisobuten ist, kann auf ein
hohes Niveau valorisiert werden, als Benzinbasis oder für andere
Anwendungen, zum Beispiel in der Chemie usw.
-
Schritt
b1) kann vor allem in einem C4-Schnitt allein eingesetzt werden;
ein C5-oder C2-
und C5-Schnitt kann gegebenenfalls den Butenen, die in Schritt b1)
nicht umgewandelt wurden, für
die finale Oligomerisation in Schritt b3) zugefügt werden. Schritt b1) kann
auch mit einer Beschickung realisiert werden, die andere Kohlenwasserstoffe
umfasst als einen C4-Schnitt, zum Beispiel einen C4- und C5-, oder
C4- und C5- und C6-, oder C4- und C2- oder C4- und C2-und C5, oder C4-
und C2- und C-5 und C6-Olefinschnitt.
-
Wenn
die Oligomerisation in einem Schritt b) allein eingesetzt wird,
kann auch, auf die gleiche Weise wie nach Schritt b1), ein Teil
der produzierten Oligomere, zum Beispiel eine Fraktion, die Diisobuten
und/oder Triisobuten umfasst, entfernt und direkt ableitet werden.
-
In
allen diesen Varianten können
nach einem Schritt der Fraktionierung b2) oder c) wenig reaktive
C4- und/oder C5-Fraktionen abgeleitet werden, um die nachfolgenden
Schritte nicht zu behindern.
-
3) Katalytisches Cracken (Schritt d):
-
Die
Beschickung, die den Schritt d) des katalytischen Crackens versorgt,
enthält
typischerweise zwischen 20 und 100 Gew.-% Olefine mit mindestens
8 Kohlenstoffatomen, die durch Oligomerisation leichter Olefine
mit 4 und/oder 5 Kohlenstoffatomen produziert wurden, häufig zwischen
30 und 100 Gew.-%, und am häufigsten
zwischen 50 und 100 Gew.-%, insbesondere zwischen 60 und 100 Gew.-%.
-
Die
Beschickung kann auch andere Oligomere umfassen, die in der Hauptsache
aus der Gruppe gebildet wurden, bestehend aus den C2- bis C10-Olefinen, wobei die
Gesamtmenge an Oligomeren mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen typischerweise
zwischen 25 und 100 gew.-%, häufig
zwischen 35 und 100 Gew.-%, am häufigsten
zwischen 55 und 100 Gew.-%, insbesondere zwischen 65 und 100 Gew.-%,
bezogen auf die Beschickung aus Schritt d) beträgt.
-
Die
C6-Oligomere, die vor allem durch die Zugabe eines Butens zu Ethylen
gebildet werden, oder die schwereren Oligomere, die mindestens zum
Teil aus C6-Olefinen und mehr (C6+) gebildet
werden, sind nämlich
auch gute Propylenvorläufer,
von denen es vorteilhaft ist, sie auch zum katalytischen Cracken
einzuspeisen.
-
Der
für den
Schritt des katalytischen Crackens verwendete Katalysator kann ein
Alumosilikat umfassen. Bevorzugt wird jedoch eine feste Säure verwendet,
die eine Formselektivität
aufweist.
-
Zum
Beispiel kann dieser Katalysator mindestens einen Zeolithen umfassen,
der eine Formselektivität aufweist,
wobei dieser Zeolith Silicium und mindestens ein Element, ausgewählt aus
der Gruppe, gebildet aus Aluminium, Eisen, Gallium, Phosphor, Bor
und bevorzugt Aluminium umfasst. Dieser Zeolith, der eine Formselektivität aufweist,
kann einer der folgenden Strukturtypen sein: MEL (zum Beispiel ZSM-11),
MFI (zum Beispiel ZSM-5), NES, EUO, FER, CHA (zum Beispiel SAPO-34),
MFS, MWW, oder kann ebenfalls einer der folgenden Zeolithen sein:
NU-85, NU-86, NU-88 und IM-5, die ebenfalls eine Formselektivität aufweisen.
-
Der
Vorteil dieser Zeolithen, die eine Formselektivität aufweisen,
ist, dass sie zu einer besseren Propylen/Isobuten-Selektivität (höheres Propylen/Isobuten-Verhältnis in
den Crackingabflüssen)
führt.
-
Es
können
ebenfalls mehrere Zeolithen verwendet werden, die eine Formselektivität aufweisen,
zum Beispiel ein Zeolith vom Typ MFI (zum Beispiel ZSM-5), der mit
einem anderen Zeolithen, der eine Formselektivität aufweist, wie zuvor zitiert,
oder einem der zuvor zitierten Typen assoziiert ist.
-
Der
(oder die) Zeolith(en), die eine Formselektivität aufweist (aufweisen), der
Gruppe, gebildet von den Zeolithen mit einer der folgenden Strukturtypen:
MEL (zum Beispiel ZSM-11), MFI (zum Beispiel ZSM-5), NES, EUO, FER,
CHA (zum Beispiel SAPO-34), MFS, MWW, oder der Gruppe der folgenden
Zeolithen: NU-85, NU-86,
NU-88 und IM-5, kann auch mit einem Zeolithen gemischt sein, der
keine Formselektivität
aufweist, wie zum Beispiel einem Y-Zeolith mit dem Strukturtyp FAU.
-
Häufig wird
ein Katalysator verwendet, der einen oder mehrere Zeolith(en) umfasst,
der (die) eine Formselektivität
aufweist (aufweisen), wobei der Anteil an Zeolith(en), der (die)
eine Formselektivität
aufweist (aufweisen), im Bereich zwischen einschließlich 70
und 100 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Zeolith(en) liegt.
Es kann vor allem ein Katalysator verwendet werden, dessen Zeolithanteil
eine Formselektivität im
Bereich zwischen 80 und 100 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge
an Zeolith(en) aufweist, und sogar einen Katalysator, bei dem der
(die) Zeolith(en) alle eine Formselektivität aufweisen.
-
Der
oder die Zeolithen können
in einer Matrix auf der Basis von Siliciumdioxid, von Aluminiumoxid
oder von Alumosilikat dispergiert sein, wobei der Zeolithanteil
(im Allgemeinen des Zeolithen, der eine Formselektivität aufweist)
häufig
im Bereich zwischen 3 und 80 Gew.-%, bevorzugt zwischen 8 und 70
Gew.-%, zum Beispiel zwischen 15 und 60 Gew.-%, vor allem zwischen
20 und 50 Gew.-% liegt.
-
Der
verwendete Zeolith (oder die verwendeten Zeolithen) weist (weisen)
eine vorhandene Formselektivität
auf, im Allgemeinen ein Si/Al-Verhältnis von mehr als 12, bevorzugt
von mehr als 20, noch stärker
bevorzugt von mehr als 50, und häufig
von mehr als 80 auf. Es kann zum Beispiel im Bereich zwischen 40
und 500 liegen. Dies ermöglicht
es vor allem, die Azidität
des Katalysator und der Reaktionen zur Wasserstoffübertragung
zu reduzieren, die zur Bildung von Paraffinen auf Kosten der Bildung
von Propylen führen.
-
Solche
hohen Si/Al-Verhältnisse
können
im Augenblick der Fertigung des Zeolithen, oder durch nachfolgende
Dealuminierung erhalten werden.
-
Der
Katalysator zum katalytischen Cracken kann sich schließlich von
den zuvor zitierten Katalysatoren unterscheiden, wenn er eine nennenswerte
Aktivität
zum katalytischen Cracken für
die Produktion von Propylen besitzt.
-
Die
vorher zitierten Si/Al-Verhältnisse
können
für die
Oligomerisationskatalysatoren und die Katalysatoren zum Cracken
verschieden sein, was ihre jeweilige Optimierung ermöglicht.
-
Der
Katalysator kann, wenn ein Fließbettreaktor
verwendet wird, in festem Zustand, als Pulver, zum Beispiel mit
einer mittleren Abmessung der Teilchen im Bereich zwischen 0,02
und 0,5 mm, und bevorzugt zwischen 0,04 und 0,15 mm, eingesetzt
werden. Typischerweise zirkuliert der Katalysator dann kontinuierlich
vom Reaktor zum Cracken zu einer Regenerationszone und kehrt dann
zum Reaktor zurück.
Die verwendete Technologie ähnelt
also der des FCC-Verfahrens oder ist mit ihr identisch.
-
Die
Oligomere können
auch gemäß dem FCC-Verfahren
gecrackt sein, als Mischung mit schwerem Gasöl und/oder Vakuumdestillat
(oder in einem getrennten „Riser", wobei der englische
Begriff Riser Steigleitung bedeutet). Diese Variante ist, gleichzeitig
mit der vorliegenden Anmeldung, Aufgabe einer getrennten Patentanmeldung.
In einem solchen Fall ist die Menge an Oligomeren, die einer schweren
Beschickung (schweres Gasöl
und/oder Vakuumdestillat) zugefügt
wird, zumeist relativ gering: typischerweise zwischen 3 und 40 Gew.-%,
vor allem zwischen 4 und 30 Gew.-%, oder zwischen 4 und 20 Gew.-%
der gesamten Beschickung.
-
Die
behandelte Beschickung ist typischerweise ein Olefinschnitt (C4
und/oder C5 und/oder C6 und/oder C2) aus dem FCC. Im Allgemeinen
wird eine begrenzte Menge an Olefinschnitt behandelt, was nach dem
Cracken der Oligomere im FCC (mit Vakuumdestillat und/oder schwerem
Gasöl)
zu einer Erhöhung
der Menge an Gas führt,
die mit dem Verdichter der gecrackten Gase und der Anlage zur Behandlung
der Gase und der leichten C5-/C6-Fraktionen kompatibel ist. Somit
kann die Oligomerisation (gegebenenfalls nach Reinigungsbehandlungen)
mit einer vorbestimmte Menge eines Olefinschnitts (C4 und/oder C5
und/oder C6 und/oder C2) versorgt werden, wobei die Ergänzung bezogen
auf die Produktion des FCC abgeleitet und fraktioniert wird, um
einen Spülstrom
zu realisieren und um ein übermäßiges Anschwellen
der Schleife der leichten C5-Produkte um FCC und Oligomerisation
herum, vor allem eine Akkumulation an Isobuten und/oder Isoamylenen,
zu vermeiden.
-
Diese
Verbindungen neigen nämlich
dazu, sich schnell zu oligomerisieren, aber (beim Schritt des Crackens)
in nennenswerter Menge oder vollständig wieder zum Ausgangsprodukt
zu cracken, wobei nur sehr wenig Propylen produziert wird. Eine
Spülung
ermöglicht
es, eine zunehmende Akkumulation von Isobuten und/oder Isoamylenen
zu vermeiden.
-
Als
Alternative kann er im Festbett oder im Bewegtbett in Form von Kugeln
oder Extrudaten eingesetzt werden, mit einem Durchmesser der im
Allgemeinen im Bereich zwischen 0,4 und 6 mm, bevorzugt zwischen 0,6
und 4 mm, liegt.
-
gemäß einer
der bevorzugten Ausführungsvarianten
des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird für
den Schritt d) des Crackens ein Katalysatorbewegtbett verwendet,
zum Beispiel aus Kugeln mit einem Durchmesser zwischen 1 und 3 mm.
Der Katalysator zirkuliert dann kontinuierlich oder halbkontinuierlich
vom Reaktor zum Cracken zu einer Regenerationszone und kehrt dann
zum Reaktor zurück.
-
Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsvariante
werden mindestens 2 Festbettreaktoren mit zyklischem Betrieb verwendet,
wobei ein Reaktor in Betrieb (Crackingphase) und ein anderer Reaktor
in der Regenerationsphase ist, gemäß der Technik der „Swing"-Reaktoren, gemäß dem englischen
Begriff, der dem Fachmann gut bekannt ist, und der wechseln bedeutet.
Wenn die Regeneration des zweiten Reaktors beendet ist, wechselt
die Beschickung zu einem zweiten Reaktor, und der Katalysator des
ersten Reaktors wird regeneriert. Es können auch drei Reaktoren verwendet
werden, von denen zwei Reaktoren in Betrieb sind und einer in Regeneration,
oder drei Reaktoren in Betrieb und einer in Regeneration, oder N
Reaktoren in Betrieb und P Reaktoren in Regeneration, Varianten
die gemäß der Erfindung
als äquivalente
Techniken zu den Swing-Reaktoren erachtet werden.
-
Die
Regenerationsphase umfasst typischerweise eine Phase der Verbrennung
der Oelkohleablagerungen, die sich auf dem Katalysator gebildet
haben, zum Beispiel mit Hilfe einer Luft/Stickstoff-Mischung oder von
Luft, mit geringerem Sauerstoffgehalt (zum Beispiel durch Rückführung der
Rauchgase), oder von Luft, und kann gegebenenfalls andere Phasen
der Behandlung und der Regeneration des Katalysators umfassen.
-
Das
katalytische Cracken erfolgt üblicherweise
bei einer Temperatur zwischen etwa 450 und etwa 650 °C und bevorzugt
zwischen 480 °C
und 600 °C
mit einer Verweildauer in dem Reaktor von weniger als 1 Minute,
häufig
zwischen etwa 0,1 und etwa 50 Sekunden und bevorzugt zwischen 0,4
und 15 Sekunden. Der Betriebsdruck liegt im Allgemeinen im Bereich
zwischen 0,1 und 5 MPa, am häufigsten
im Bereich zwischen 0,1 und 1,5 MPa und bevorzugt zwischen 0,1 und
0,5 MPa.
-
Die
Regenerationsbedingungen des Katalysators zum Cracken verwenden
im Allgemeinen eine Temperatur im Bereich zwischen 300 und et 900 °C, vor allem
zwischen 500 und 750 °C,
wobei der Druck am häufigsten ähnlich dem
Crackingdruck, oder auch nahe am Luftdruck ist.
-
gemäß einer
anderen Ausführungsvariante
des Verfahrens gemäß der Erfindung
kann auch der gleiche zirkulierende Katalysator für die Oligomerisation
und das Cracken verwendet werden.
-
Diese
Zirkulation des Katalysators kann im Bewegtbett oder im Fliessbett
eingesetzt werden. Der Katalysator zirkuliert also vorteilhafterweise
in drei Zonen: Der Oligomerisationszone, der Zone zum katalytischen Cracken
und einer dritten Zone zur Regeneration des Katalysators, wobei
diese letztere Zone vor allem die Elimination von Koks realisiert,
der auf dem Katalysator abgelagert ist (durch kontrollierte Verbrennung
gemäß den Techniken,
die dem Fachmann bekannt sind). Zum Beispiel kann der Fluss des
regenerierten Katalysators aus der Regenerationszone in zwei Flüsse aufgeteilt
werden, wobei der erste die Oligomerisationszone und der zweite
die Crackingzone versorgt. Der Katalysator aus den zwei Reaktionszonen
(nach vorheriger Abscheidung der Reaktionsabflüsse) kann dann in der gemeinsamen
Regenerationszone regeneriert werden.
-
Der
Fluss des Katalysators kann die beiden Reaktionszonen (Oligomerisation,
dann Cracken, oder umgekehrt) auch hintereinander versorgen.
-
Die
Katalysatorflüsse
können
gegebenenfalls einer Abkühlung
unterzogen werden, vor allem diejenigen, die die Oligomerisationszone
versorgen, oder eine unterschiedliche Abkühlung, um unterschiedliche
Betriebstemperaturen in der Oligomerisationszone und in der Crackingzone
zu erhalten. Diese Abkühlung
kann zum Beispiel durch das in Kontakt bringen des Katalysator mit
einem kälteren
Gas oder in einem Wärmeaustauscher
erhalten werden. Die Reaktionsbeschickungen können auch bei unterschiedlichen
Temperaturen versorgt werden, um dieses Ergebnis zu erhalten. Der
Reaktor zum Cracken kann auch mit regeneriertem Katalysator betrieben
werden, der relativ warm ist.
-
Die
Hauptvarianten des Einsatzes des Verfahrens gemäß der Erfindung sind die folgenden:
- – Variante
A: Unterschiedliche Oligomerisations- und Crackingkatalysatoren;
Oligomerisation im Festbett, bevorzugt mit zyklischer Regeneration
des Katalysators im gleichen Reaktor mit verlängerten Zeitintervallen, oder
mit Swing-Reaktoren; katalytisches Cracken im Festbett, bevorzugt
mit relativ häufiger
zyklischer Regeneration mit anderem (anderen) Swing-Reaktor(en).
- – Variante
B: Unterschiedliche Oligomerisations- und Crackingkatalysatoren;
Oligomerisation im Festbett, bevorzugt mit zyklischer Regeneration
des Katalysators im gleichen Reaktor mit verlängerten Zeitintervallen, oder
mit Swing-Reaktoren; katalytisches Cracken im Bewegtbett (mit kontinuierlicher
oder halbkontinuierlicher Zirkulation des Katalysators zu einer
Regenerationszone).
- – Variante
C: Unterschiedliche Oligomerisations- und Crackingkatalysatoren;
Oligomerisation im Festbett, bevorzugt mit zyklischer Regeneration
des Katalysators im gleichen Reaktor mit verlängerten Zeitintervallen, oder
mit Swing-Reaktoren; katalytisches Cracken im Fließbett (mit
kontinuierlicher Zirkulation des Katalysators zu einer Regenerationszone).
- – Variante
D: Gemeinsamer Oligomerisations- und Crackingkatalysator; Oligomerisation
und Cracken im Bewegtbett (wobei der gemeinsame Katalysator kontinuierlich
oder halbkontinuierlich zwischen einer Oligomerisationszone, einer
Crackingzone und einer Regenerationszone zirkuliert).
- – Variante
E: Gemeinsamer Oligomerisations- und Crackingkatalysator; Oligomerisation
und Cracken im Fließbett
(wobei der gemeinsame Katalysator kontinuierlich zwischen einer
Oligomerisationszone, einer Crackingzone und einer Regenerationszone
zirkuliert).
-
Die
Varianten A, B und C können
für den
Oligomerisationsschritt auch mit einem Katalysator, der in einer
Flüssigkeit
suspendiert ist, eingesetzt werden.
-
Die
bevorzugten Varianten gemäß der Erfindung
sind die Varianten A, B und C, vor allem mit einem Festbett für die Oligomerisation,
und die am meisten bevorzugten Varianten sind die Varianten A und
B.
-
Im
Allgemeinen liegt die Propylenausbeute, bezogen auf die Menge der
Olefine, die in der frischen Beschickung des Verfahrens enthalten
sind, im Bereich zwischen 30 Gew.-% und 60 Gew.-%, und häufig zwischen
40 und 60 Gew.-%.
-
Die
Erfindung wird mittels der Beschreibung der 1 und 2 ausführlicher
erläutert.
-
1 stellt
eine Anlage zum Einsatz des Verfahrens gemäß der Erfindung in einer ersten
Variante mit starker Integration zwischen den Schritten des Verfahrens
(vor allem durch die Recyclingschritte) dar.
-
Eine
C4-/C5-Beschickung, die aus einer Dampfcrackingeinheit (in der Figur
nicht dargestellt) stammt, wird über
die Leitung 1 eingeführt.
Leitung 1a leitet Wasserstoff oder ein Gas, das mit Wasserstoff
angereichert ist, das für
den Schritt der selektiven Hydrierung verwendet wird, der im Festbett
in dem Reaktor R1 realisiert wird (der 2 oder 3 Reaktionszonen hintereinander
mit intermediäre
Abkühlung,
wenn nötig,
umfassen kann). Die Beschickung und das Gas, das mit Wasserstoff
angereichert ist, werden in den Hydrierungsreaktor R1 über die
Leitung 2 eingeführt.
R1 wird auch über
einen Recyclingstrom versorgt, der in der Leitung 13 zirkuliert.
Der Reaktor R1 wird somit von zwei getrennten Leitungen 2 und 13 in 1 versorgt.
Es ist auch möglich,
die Beschickungen als Mischung über
eine gemeinsame Leitung einzuspeisen. Ebenso kann der Wasserstoff
ins Innere des Reaktors und nicht stromaufwärts desselben versorgt werden.
Solche Ausführungsvarianten
oder äquivalente
technische Mittel, die für
den Fachmann offensichtlich sind, sind auch für andere Reaktoren oder Trennungszonen
anwendbar, die in 1 und 2 dargestellt
werden.
-
Die
Abflüsse
des Reaktors R1 versorgen über
die Leitung 3 eine Fraktionierungszone S1, die eine Stabilisierungskolonne
umfasst.
-
Das
Isobuten kann gegebenenfalls in Höhe von S1 extrahiert werden
(gemäß einer
der Techniken, die nachfolgend offenbart werden, oder anderer Techniken,
die im Übrigen
bekannt sind), um die Menge zu reduzieren oder um die Gegenwart
von Isobuten in dem Oligomerisationsreaktor zu vermeiden. Das Isobuten
neigt nämlich
dazu, zu Diisobuten zu dimerisieren, das beim Cracken relativ geringe
Propylenausbeuten ergibt, und zu einem nennenswerten erneuten Cracken
zu Isobuten führt,
das daher zur Akkumulation neigt.
-
Es
kann auch mindestens eine Fraktion von C8-Oligomeren extrahiert
werden, um die Menge zu reduzieren oder die Fraktion, die reich
an Diisobuten ist, im Wesentlichen zu beseitigen, die dem Cracken
unterzogen wird, entweder am Ende der Oligomerisation, oder nach
einer begrenzten Oligomerisation, wie zuvor erläutert wurde.
-
Die
leichten Produkte, hauptsächlich
Wasserstoff und Methan, werden über
die Leitung 4 abgeleitet. Der selektiv hydrierte C4-Schnitt
wird über
die Leitung 5 in den Oligomerisationsreaktor R2 eingeführt. Ein
recycelter Olefinschnitt aus den Abflüssen des Schritts des katalytischen
Crackens wird gegebenenfalls über
die Leitung 10 in den Oligomerisationsreaktor eingeführt. Bevorzugt
kann dieser Schnitt eher zum Schritt der selektiven Hydrierung über die
bereits zitierte Leitung 13 zurückgeschickt werden, als zur
Oligomerisation.
-
Die
Abflüsse
der Oligomerisation werden über
die Leitung 6 extrahiert und in eine Abscheidungszone S2
eingeführt.
Die Zone S2 umfasst typischerweise einen Satz an einfachen und/oder
reaktiven und/oder extraktiven Destillationskolonnen, die in 1 nicht
dargestellt sind: Nach der Destillation der Oligomerisationsabflüsse zur
Wiedergewinnung der schwereren Oligomere, wird der restliche C4-/C5-Schnitt,
der aus einer kleinen Menge von nicht umgewandelten Verbindungen
und hauptsächlich
aus paraffinischen Verbindungen besteht, über Leitung 7a abgeleitet.
Die Oligomere werden mindestens teilweise über die Leitung 8 transportiert
und in den Reaktor zum katalytischen Cracken R3 eingeführt.
-
Ein
anderer Teil dieser Oligomere, die daher von den Oligomerisationsabflüssen (oder
mindestens einem Schritt der Oligomerisation, wenn es mehrere gibt)
durch Entnahme oder durch eine oder mehrere Destillationen abgeschieden
wurden, kann über
die Leitung 7c abgeleitet werden (und wird daher der Fraktion
entzogen, die gecrackt wird). Dies ermöglicht es, einen Teil dieser
Oligomere für
andere Verwendungen als die Propylenproduktion, mit einer gegebenenfalls
höheren
Valorisierung, zu reservieren.
-
Die
Propylenproduktion ist dann geringer, aber die Abmessung des Reaktors
zum Cracken ist ebenfalls reduziert. Beispielsweise kann ein Teil
der C10- bis C14-Oligomere als eine der Basen für die Fertigung von linearen
oder nicht linearen Alkylbenzenen verwendet werden, oder als Basen
für andere
chemische oder petrochemische Anwendungen. Oligomerisationsabflüsse können ebenfalls
abgeschieden werden und eine oder mehrere Fraktionen abgeleitet
werden, die im Destillationsintervall von Benzin, Kerosin, Gasöl oder leichtem
Heizöl
sieden, die als Basis (Basen) für
die Fertigung dieser Produkte verwendbar sind. Diese Ableitung eines
Teils der Oligomere, der das katalytische Cracken nicht versorgt,
ist ein nennenswerter Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung im Vergleich
mit den Verfahren mit einem einzigen Schritt zur Umwandlung leichter
Olefine in Propylen, die keine Oligomere coproduzieren können. Sie
kann auch dazu beitragen, indirekt Isobuten zu eliminieren, wenn
diese Verbindung in der Oligomerisationsbeschickung vorhanden ist,
durch Abscheidung, zum Beispiel durch Destillation, und Ableitung
einer Oligomerfraktion, die Diisobuten und/oder Triisobuten umfasst
(die Isobutendimere oder -trimere umfasst), zum Beispiel eine C8-Fraktion
oder eine C8+-Fraktion. Die abgeleitete
Fraktion kann durch Fraktionierung der Oligmerisationsabflüsse, zum
Beispiel durch Destillation, getrennt werden. Gemäß der Erfindung
wird Fraktionierung in umfassendem Sinn verstanden, und beinhaltet
auch eine Entnahme eines Teils der Oligomerisationsabflüsse oder
der Oligomere.
-
Eine
Fraktion aus Oligomeren und/oder einem C4- und/oder C5-Schnitt,
die in den Oligomerisationsabflüssen
enthalten sind (ist), kann gegebenenfalls zum Oligomerisationsreaktor
R2 über
die Leitung 7b recycelt werden, wobei es diese nur sehr
schwach reaktive Fraktion ermöglicht,
die Erhöhung
der Temperatur in dem exothermischen Reaktor R2 (oder den nacheinander
geschalteten Reaktoren, wenn die Oligomerisation mehrere Reaktoren
umfasst) zu reduzieren. Wenn die Oligomerisation in zwei Schritten
b1) und b3) realisiert wird, kann ein spezifisches Recycling für jeden
der Schritte (Recycling eines Teils des Abflusses des gleichen Schritts)
erfolgen.
-
Ein
Recycling der Abflüsse
kann ebenfalls in dem Schritt (oder den Schritten oder dem Reaktor
oder den Reaktoren) zur selektiven Hydrierung eingesetzt werden,
wobei die recycelten Abflüsse
Abflüsse
der selektiven Hydrierung oder der Oligomerisation sein können, gegebenenfalls
mit einem vollständigen
Recycling um den Komplex der selektiven Hydrierung + Oligomerisation
herum.
-
Die
Oligomerbeschickung, die in der Leitung 8 zirkuliert, wird
im Reaktor zum katalytischen Cracken R3 gecrackt. Der Reaktor R3,
bevorzugt ein Festbettoder Bewegtbettreaktor, kann gegebenenfalls
auch durch eine Benzinfraktion versorgt werden, die über die
Leitung 9 eingeführt
wird, um die Menge an mindestens teilweise zu Propylen gecrackten
Olefine zu erhöhen.
Die C5-Fraktion
des Benzins, die beim Cracken wenig reaktiv ist, und gegebenenfalls
die C6-Fraktion, wird bevorzugt mit der C4-/C5-Beschickung versorgt,
um oligomerisiert zu werden, eher als mit dem Hauptteil des Benzins,
das in der Leitung 9 versorgt.
-
Die
gesamte Beschickung der Einheit zum katalytischen Cracken umfasst
daher C4- und/oder C5-Olefin-Oligomere und gegebenenfalls Benzin
und/oder eine (im Allgemeinen relativ geringe) Menge an Ethylen. Diese
gesamte Beschickung ist relativ leicht, wobei mindestens 50 Gew.-%
und im Allgemeinen 80 Gew.-% und typischerweise sogar mindestens
90 Gew.-% (und häufig
die Gesamtheit) dieser Beschickung unter 250 °C siedet. Diese Beschickung
enthält
typischerweise keine Erdölfraktionen,
wie etwa Vakuumdestillat, und unterscheidet sich daher stark von
den Beschickungen der FCC-Einheiten der Erdölraffinerien.
-
Die
Abflüsse
der Einheit zum katalytischen Cracken R3 werden über die Leitung 11 abgeleitet
und werden in die Abscheidungszone S3 eingeführt, die typischerweise einen
Gasverdichter und Destillationsmittel umfasst.
-
Wenn
sich die Anlage zum Einsatz der Erfindung an einem Dampfcrackingstandort
befindet, ist es sehr interessant, den Fraktionierungszug des Dampfcrackers
für die
Fraktionierung der Produkte verwenden zu können. Die Zone S3 der 1 stellt
daher eine gemeinsame Fraktionierungszone dar, einerseits für Produkte,
die in der Leitung 11 zirkulieren, die aus dem Schritt
des katalytischen Crackens stammen (des Verfahrens gemäß der Erfindung),
und andererseits Abflüsse
aus dem Dampfcracking, die über
die Leitung 16 versorgt werden. Die Abflüsse aus
dem katalytischen Cracken stellen eine kleinere Fraktion (weniger
als 50 Mol-% und häufig
weniger als 30 Mol-%) der Abflüsse
aus dem Dampfcracken, dar. Als Variante können die Abflüsse aus dem
katalytischen Cracken mit jenen aus dem Dampfcracken nicht stromaufwärts der
gemeinsamen Trennungszone gemischt werden, sondern nachdem die Abflüsse aus
dem Dampfcracken einer primären
Fraktionierung unterzogen wurden, um Benzin (oder mindestens das
schwere Benzin) zu eliminieren, oder sogar nach der ersten Verdichtungsstufe
der gasförmigen
Abflüsse
aus dem Dampfcracken.
-
Die
Erfindung schlägt
daher auch ein Verfahren zur Umwandlung vor, bei dem ein Schritt
des Dampfcrackens und ein Schritt des katalytischen Crackens, bevorzugt
mit Über-Kreuz-Recycling,
assoziiert werden, wobei:
- – Eine Hauptbeschickung aus
Kohlenwasserstoffen, die mindestens 50 Gew.-%, und im Allgemeinen
mindestens 60 Gew.-% der gesamten Beschickung umfasst, einem Schritt
des Dampfcrackens unterzogen wird,
- – eine
sekundäre
Beschickung aus Kohlenwasserstoffen, die mindestens 5 Gew.-%, und
im Allgemeinen mindestens 10 Gew.-%, zum Beispiel zwischen 10 und
40 Gew.-% der gesamten Beschickung (die durch die Zugabe der Hauptbeschickung
und der sekundären
Beschickung gebildet wird) darstellt, einem Schritt des katalytischen
Crackens d) wie zuvor beschrieben, bevorzugt im Festbett oder Bewegtbett,
unterzogen wird,
- – die
Abflüsse
aus dem Dampfcracken und dem katalytischen Cracken abgekühlt werden,
- – die
abgekühlten
Abflüsse
aus dem Dampfcracken und dem katalytischen Cracken mindestens zum
Teil in einer gemeinsamen Fraktionierungszone fraktioniert werden
(gegebenenfalls nach einer vorherigen getrennten Fraktionierung,
um die flüssigen
Fraktionen, den größten Teil
oder im Wesentlichen alle gasförmigen
Verbindungen der Abflüsse,
vor allem jene, die Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe umfassen,
die 3 Kohlenstoffatome oder weniger umfassen, die bevorzugt in der
gemeinsamen Fraktionierungszone fraktioniert werden, zu eliminieren),
um mindestens Ethylen, Propylen, und mindestens einen Olefinschnitt,
der C4- und/oder C5-, und bevorzugt C4- und C5-Schnitte umfasst,
zu produzieren,
- – dieser
Olefinschnitt mindestens einem Schritt der Oligomerisation b), wie
zuvor beschrieben, unterzogen wird, um Oligomere zu produzieren,
- – mindestens
ein Teil der Oligomere zum Schritt d) geschickt wird,
- – die
Abflüsse
aus Schritt b) bevorzugt in einem Schritt c) in mindestens eine
Fraktion, die reich an Oligomeren ist (mindestens 50 Gew.-% und
häufig
mindestens 70 Gew.-% oder sogar 90 Gew.-%), und mindestens eine
leichte Fraktion fraktioniert werden, die hauptsächlich (mindestens 50 Gew.-%
und häufig
mindestens 70 Gew.-% oder sogar 80 Gew.-%), leichte Kohlenwasserstoffe
umfasst, die 5 Kohlenstoffatome oder weniger aufweisen, zum Beispiel
eine Fraktion, die relativ arm an Olefinen ist, die hauptsächlich C4- und/oder
C5-Paraffine umfasst,
- – mindestens
ein Teil der leichten Fraktion des vorausgehenden Schritts bevorzugt
zum Schritt des Dampfcrackens geschickt wird.
-
Die
beiden letzten vorher zitierten Schritte sind optional, aber gemäß der Erfindung
bevorzugt: Die Bildung der Oligomere ermöglicht die leichte Abscheidung
durch Destillation der leichten Fraktionen mit weniger als 8 Kohlenstoffatomen
(C7-), oder zum Beispiel mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen (C5-),
wie zum Beispiel ein C4-/C5-Schnitt. Diese Schnitte, die aufgrund
der Oligomerisation des größten Teils
der Olefine in schwerere Verbindungen wenige Olefine enthalten,
zum Beispiel weniger als 20 Gew.-%, bilden gute Beschickungen für das Dampfcracken.
-
Das
so definierte Umwandlungsverfahren kann auch ein oder mehrere Varianten
des Verfahrens gemäß der Erfindung,
die zuvor zitiert wurden, verwenden, und zum Beispiel:
- – Die
Verwendung eines Schritts a) der selektiven Hydrierung stromaufwärts des
Schritts b) zur Oligomerisation,
- – die
Verwendung der Extraktion von Isobuten vor dem Schritt a) oder vor
dem Schritt b), und nach dem Schritt a),
- – die
Verwendung einer Oligomerisation mit mindestens zwei Schritten,
wie die zuvor beschriebenen (Schritte b1), b2), b3)),
- – die
Ableitung in Schritt b2) oder c) eines Teils der Oligomere (Teil
der nicht zu Schritt d) geschickt wird), vor allem eines Teils,
der Diisobuten und/oder Triisobuten umfasst,
- – Ableitung
(ohne Recycling) eines Teils des C4-Schnitts der Abflüsse aus
dem Cracken, um eine Isobutenspülung
zu realisieren.
-
Die
Extraktion des Isobutens des (der) recycelten Schnitts (Schnitte)
kann getrennt realisiert werden, oder gleichzeitig mit einer Elimination
des Isobutens einer frischen (externen) Beschickung, zum Beispiel
eines Schnitts, der aus einer FCC stammt, in einer gleichen Anlage,
die die recycelten Schnitte und die frische Beschickung als Mischung
behandelt.
-
Die
Extraktion des Isobutens kann durch extraktive Destillation realisiert
werden, zum Beispiel mit einem Lösemittel,
das N-Methylpyrrolidon (NMP) oder Dimethylsulfoxid (DMSO) oder ein
Isomer letzteren sein kann.
-
Die
Extraktion des Isobutens und gegebenenfalls anderer verzweigter
Olefine, vor allem Isoamylene, kann ebenfalls eine Veresterung des
Isobutens durch einen Alkohol, dann eine Destillation, umfassen.
Es kann auch eine Hydroisomerisierung mit reaktiver Destillation
realisiert werden, um das Isobuten vom Buten abzuscheiden (wobei
But-1-en in But-2-en umgewandelt wird, das vom Isobuten abgeschieden
werden kann).
-
Der
Rahmen der Erfindung wird nicht verlassen, wenn zur Extraktion der
verzweigten Olefine (Isobuten und/oder Isoamylene) stromaufwärts der
Oligomerisation ein oder mehrere bekannte Verfahren zur Abscheidung
verwendet werden, wie etwa Flüssig-flüssig-Extraktionen,
Veresterungen oder andere Verfahren, wie etwa die Membranverfahren
oder die Verwendung von selektiven Adsorbern, gegebenenfalls im
simulierten Gegenstrom.
-
Die
verschiedenen technischen Varianten des Verfahrens gemäß der Erfindung,
die für
ein kombiniertes Verfahren des Dampfcrackens und des katalytischen
Crackens beschrieben wurden, können
auch angewendet werden, wenn die Anlage zum Einsatz des Verfahrens
gemäß der Erfindung
mit einem FCC (Raffinierungsstandort), oder mit einem gemischten
Standort (Dampfcracker + FCC), oder mit einem isolierten Standort assoziiert
ist.
-
Die
Beschreibung von 1 wird nun fortgesetzt: Die
Olefinfraktion, die frei von Isobuten ist, und typischerweise Paraffine
enthält,
wird zum Oligomerisationsreaktor über Leitung 10 recycelt.
Sie wird bevorzugt zum Reaktor zum selektiven Hydrieren R1 über die
Leitung 15, dann über
die Leitung 13 recycelt, wie in 1 als Strichlinie
dargestellt ist, bevor sie zum Oligomerisationsreaktor R2 recycelt
wird.
-
Es
kann auch, nach der Extraktion des Isobutens, eine Extraktion der
Paraffine realisiert werden, um einen Schnitt ohne Paraffine und
ohne Isobutene zur selektiven Hydrierung oder zur Oligomerisation
zu recyceln oder zu versorgen, der in der Hauptsache lineare Olefine
enthält.
-
Es
kann gegebenenfalls der gesamte oder bevorzugt ein Teil des Benzinschnitts
aus dem katalytischen Cracken in Schritt d) zum katalytischen Cracken
recycelt werden, wie es durch die Strichlinie 14 angezeigt
ist. Die Abflüsse
der Einheit zum katalytischen Cracken, die nicht der recycelte C4-/C5-Schnitt sind, werden über die
Leitung 12 sowie über
andere Leitungen abgeleitet, die nicht dargestellt sind. Ein Teil
oder der gesamte C4-/C5-Schnitt, der in den Abflüssen aus dem katalytischen
Cracken enthalten ist, kann auch abgeleitet, und nicht recycelt
werden.
-
Allgemein
kann die durch Oligomerisation behandelte Beschickung einen C5-Olefinschnitt, allein
oder als Mischung mit anderen Olefinschnitten, wie etwa C4- und/oder
C2-Schnitte, umfassen. Es wurde festgestellt, dass bessere Crackingergebnisse
(Propylenausbeute) erhalten werden, indem Oligomere gecrackt werden,
die aus einem C5-Schnitt, allein oder cooligomerisiert mit anderen
Olefinen gebildet werden, als mit der nicht oligomerisierten C5-Beschickung. Die
Verbesserung betrifft gleichzeitig die Crackingselektivität gegenüber Propylen
und die Einmaldurchlaufumwandlung der Oligomere, die erhöht ist.
Es wird davon ausgegangen, das dieser Anstieg der Einmaldurchlaufumwandlung,
der für
die Oligomere im Vergleich zu den Ausgangsolefinen beobachtet wird,
vor allem aus der Erhöhung
des Molekulargewichts stammt, und für alle Olefinbeschickungen,
die in der vorliegenden Anmeldung vorgesehen sind, nennenswert ist.
-
Gemäß einer
anderen Variante kann der C4-/C5-Schnitt ohne Extraktion des Isobutens
recycelt werden.
-
Die
rohe C4-/C5-Beschickung wird dann nach selektiver Hydrierung, in
R2 oligomerisiert und in S2 getrennt. S2 kann daher nur eine Abscheidung
der Oligomere (durch Destillation) umfassen, die an den Reaktor R3 über die
Leitung 8 geschickt werden, wobei der restliche, in der
Hauptsache paraffinische, C4-/C5-Schnitt (der in den Oligomerisationsabflüssen enthalten
ist), über
die Leitung 7a abgeleitet wird. Es ist daher vorteilhaft,
eine Ableitung (ohne Recycling) eines Teils des C4-Schnitts aus
dem Cracken vorzusehen, und/oder einen Teil der Oligomere nicht
in den Schritt des Crackens zu versorgen, um eine direkte oder indirekte
Spülung des
Isobutens zu realisieren. Diese Ableitung der Oligomere, vor allem
der Oligomere, die Diisobuten und/oder Triisobuten umfassen, kann
auch im Rahmen einer Oligomerisation in einem oder zwei Schritten
erfolgen, wie bereits erläutert
wurde.
-
Es
können
auch C6-Olefinfraktionen recycelt werden.
-
2 beschreibt
eine Anlage zum Einsatz einer Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung,
bei dem ein gleicher Katalysator verwendet wird, der im Fließbett in
und zwischen drei verschiedenen Zonen zirkuliert: der Oligomerisationsreaktor
R2, der Reaktor zum Cracken R3, und eine gemeinsame Zone Z zur Regeneration
des Katalysators. Die Feststoffflüsse werden als Volllinien dargestellt
und die Flüsse
der Beschickung, der Abflüsse
oder der verschiedenen Recyclagen werden als Strichlinien dargestellt.
-
Der
Katalysator wird in der Zone Z bei hohen Temperaturen in der Größenordnung
zwischen 500 °C und
750 °C,
bei Druckhöhen
im typischerweise im Bereich zwischen 0,1 MPa und 4 MPa und bevorzugt
im Bereich zwischen 0,1 und 3 MPa regeneriert, mit Hilfe eines Verbrennungsgases,
das im Allgemeinen Luft oder mit Stickstoff verdünnte Luft und/oder ein recyceltes
Verbrennungsgas ist.
-
Die
Luft (oder verdünnte
Luft) versorgt die Zone Z über
die Leitung 21 und die Rauchgase der Verbrennung werden über die
Leitung 22 abgeleitet.
-
In
der Zone Z, kann die Regeneration des Katalysators in einem oder
mehreren Schritten bei unterschiedlichen Temperaturen und Sauerstoffpartialdrücken durchgeführt werden.
Es ist somit möglich,
den Koks, der sich auf dem Katalysator abgelagert hat, zuerst mit
einem niedrigen Sauerstoffpartialdruck, dann bei höheren Temperaturen
und höherem
Sauerstoffpartialdruck zu verbrennen, ohne das Risiko einer zu heftigen Verbrennungsreaktion,
indem der Regenerationsprozess in zwei Schritte aufgeteilt wird.
Da die Zone Z unter Sauerstoffatmosphäre liegt, ist es wünschenswert,
Pufferzonen stromaufwärts
und stromabwärts
dieser Zone mit inerten Strömen,
zum Beispiel Stickstoff zu haben, um gegebenenfalls dem Ausströmen von
Sauerstoff über
die Transportleitungen des Katalysators zwischen den Reaktoren R2,
R3 und der Zone Z vorzubeugen. Allgemeiner kann die Anlage Mittel
der chemischen Ingenieurtechnik umfassen, die nicht dargestellt
sind, wie zum Beispiel Katalysatortrichter, Mittel zum Mischen eines
Katalysatorstroms mit einer Flüssigkeit
und/oder einem Gas, Kammern zum Mischen, zum Druckaufbau oder zum
Druckabbau, zum Benetzen, oder zum inert machen, Mitteln zum Stripping,
zum Erwärmen
oder Abkühlen
des Katalysator, zum Beispiel einen Wirbelschicht-Stripper oder
einen Wärmeaustauscher
zum Wiedererwärmen
oder Abkühlen
der Wirbelschicht usw.
-
Ein
Fluss aus regeneriertem Katalysator wird typischerweise von der
Zone Z zu dem Oligomerisationsreaktor R2 über die Transportleitung A1
befördert,
und kehrt teilweise deaktiviert von R2 zur Zone Z über die Leitung
A2 zurück.
-
Ebenso
wird ein anderer Fluss aus regeneriertem Katalysator typischerweise
von der Zone Z zu dem Reaktor zum katalytischen Cracken R3 über die
Transportleitung A3 befördert,
und kehrt teilweise deaktiviert von R3 zur Zone Z über die
Leitung A4 zurück.
-
Die
Anlage kann auch in einem anderen Modus betrieben werden: Der gesamte
regenerierte Katalysator kann zum Reaktor R3 über die Leitung A3 befördert werden,
dann vom Reaktor R3 zum Reaktor R2 über die Leitung A6 transportiert
werden, dann zur Zone Z über
die Leitung A2 zurückkehren.
-
Auf ähnliche
Weise kann der gesamte regenerierte Katalysator zum Reaktor R2 über die
Leitung A1 befördert
werden, dann vom Reaktor R2 zum Reaktor R3 über die Leitung A5 transportiert
werden, dann zur Zone Z über
die Leitung A4 zurückkehren.
-
Die
Anlage kann auch betrieben werden, indem diese verschiedenen Zirkulationsmodi
kombiniert werden, die dann Katalysatorteilflüsse einsetzen (und nicht den
gesamten Strom des regenerierten Katalysators).
-
Die
Realisation von niedrigeren Temperaturen als im Oligomerisationsreaktor
R2 (verglichen mit dem Reaktor R3 zum Cracken) kann erhalten werden,
indem der Katalysatorfluss, der R2 versorgt, abgekühlt (oder stärker abgekühlt) wird,
und/oder indem R2 bei relativ niedriger Temperatur mit Reaktanten
versorgt wird. Diese Abkühlungsmittel
sind in der Figur nicht dargestellt.
-
Die
Betriebsdrücke
können
in den drei Zonen ähnlich
oder im Wesentlichen identisch sein: Reaktor R2, Reaktor R3 und
Regeneration Z, um die Zirkulation des Katalysator zu erleichtern,
aber es kann auch bei unterschiedlichen Drücken gearbeitet werden, zum
Beispiel bei einem höheren
Druck für
die Oligomerisation.
-
Die
anderen Elemente, die in 2 referenziert werden, wurden
bereits für 1 beschrieben.
-
2 kann
auch eine Anlage zum Einsatz des Verfahrens gemäß der Erfindung darstellen,
in der R2 und R3 mit Bewegtbett, und nicht mit Fließbett betrieben
werden (mit kontinuierlicher oder halbkontinuierlicher (intermittierender)
Zirkulation eines Katalysators in Kornform, zum Beispiel Kugeln
mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 1 und 3 mm).
-
Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ist nicht auf die zuvor beschriebenen Elemente beschränkt, und kann
gemäß den Varianten
oder mit den Ausführungsformen
eingesetzt werden, die nicht in der vorliegenden Beschreibung beschrieben
werden, die aber dem Fachmann bereits bekannt sind.
-
Beispiel 1 (erfindungsgemäß):
-
Das
folgende Beispiel auf einer Piloteinheit illustriert die Erfindung
ohne ihren Umfang zu begrenzen.
-
Ein
C4-Schnitt aus dem Dampfcracken, dem ein C4-/C5-Schnitt zugefügt wird,
der aus dem Schritt des Crackens recycelt wurde, versorgt die Oligomerisation.
Dieser Schnitt wird zuvor selektiv hydriert und von dem Isobuten
befreit, das er anfänglich
enthielt.
-
Die
Verbindungen der Beschickung und des Oligomerisationsabflusses werden
in Masseprozent in Tabelle 1 angegeben.
-
Die
Betriebsbedingungen der Oligomerisationszone sind folgende: Druck:
5,5 MPa, Temperatur: 220 °C;
SV = 1 h–1.
Der verwendete Katalysator ist ein Zeolith vom Typ MFI mit einem
Si/Al-Verhältnis
von 48. Er wird in Form von Kugeln mit einem mittleren Durchmesser
von 2 mm eingesetzt.
-
Die
produzierten Oligomere, die hauptsächlich C8-Olefinoligomere und,
in geringeren Mengen C12-Oligomere enthalten, versorgen die Crackingzone,
die mit den folgenden Betriebsbedingungen arbeitet:
- – Druck:
0,2 MPa,
- – Temperatur:
520 °C,
- – SV
= 10 h–1.
-
Der
verwendete Katalysator enthält
30 Gew.-% Zeolith ZSM-5, dispergiert in einer Alumosilikatmatrix. Er
wird in Form von Kugeln mit einem mittleren Durchmesser von 2 mm
eingesetzt.
-
Die
Crackingausbeuten der Oligomere werden in Tabelle 2 angegeben.
-
Die
C4-/C5-Fraktion aus dem Cracken (abgesehen von Isobuten) wird dann,
wie bereits erwähnt
wurde, recycelt.
-
Die
Berechung der gesamten Propylenausbeute, unter Berücksichtigung
der Koksbilanz (etwa 2 % im Schritt des Crackens) führt zu einer
Ausbeute von 48 % im Vergleich mit den Olefinen der Ausgangsbeschickung.
Diese Ausbeute könnte
leicht erhöht
werden, indem die am Ausgang der Oligomerisation nicht umgewandelten
C4-/C5-Olefine recycelt würden.
-
Als
Variante kann, wenn die Realisierung einer kombinierten Produktion
von Propylen und Benzin (und gegebenenfalls Kerosin) gewünscht wird,
die Durchflussmenge des Oligomerisationsabschnitts erhöht werden (ohne
das Cracken zu modifizieren) und ein zusätzlicher Oliogomerschnitt extrahiert
werden, der eine Basis für
Benzin und gegebenenfalls Kerosin darstellt. Tabelle 1
Masse-% | Oligo
Zulauf | Oligo
Ablauf |
C4-/C5-Paraffine | 11,99 | 15,65 |
Isobuten | 0,0 | 0,0 |
C4-/C5-Olefine
(abgesehen von Isobuten) | 88,01 | 0,83 |
Oligomere | 0,0 | 83,52 |
Insgesamt | 100,0 | 100,0 |
Tabelle 2
Masse-% | Ablauf
Cracken |
H2 | 0,41 |
CH4 | 1,22 |
C2H4 | 4,59 |
C2H6 | 2,24 |
C3H6 | 40,79 |
C3H8 | 3,57 |
C4-/C5-Paraffine | 6,01 |
Isobuten | 11,83 |
C4-/C5-Olefine
abgesehen von Isobuten | 25,26 |
Benzin | 4,08 |
Insgesamt | 100,0 |
-
Beispiel 2: Oligomerisation verschiedener
Olefinbeschickungen:
-
Es
sind zwei Olefinschnitte, C4 und C5, verfügbar (die zum Beispiel aus
einer FCC stammen können), für die eine
vorherige Oligomerisation realisiert wird: entweder des C4-Schnitts
allein, oder des C4-Schnitts gemischt mit dem C5-Schnitt (Cooligomerisation). Die Abflüsse aus
diesen Oligomerisationen werden in den folgenden Beispielen 3 und
4 verwendet.
-
Die
Oligomerisationsbedindungen sind identisch mit denen aus Beispiel
1.
-
Die
Zusammensetzung der Beschickungen und der Oligomerisationsabflüsse werden
in der folgenden Tabelle 3 angegeben: Tabelle 3
Oligomerisationsbeschickung
oder -abfluss kg/Std. | C4-Schnitt (Beschickung) | C5-Schnitt (Beschickung) | Oligomerisationsabsfluss
des C4-Schnitts | Oligomerisationsabsfluss
des Schnitts (C4 + C5) |
C4-Paraffine | 7.649 | 0 | 7.871 | 7.871 |
Isobuten | 125 | 0 | 6 | 6 |
But-1-en | 2.025 | 0 | 103 | 106 |
But-2-en | 5.069 | 0 | 254 | 324 |
C5-Paraffine | 0 | 7.598 | 0 | 7.844 |
C5-Olefine | 0 | 9.838 | 0 | 2.103 |
C6+-Schnitt (1) | 0 | 0 | 6.633 | 14.048 |
Insgesamt | 14.867 | 17.435 | 14.867 | 32.302 |
- (1) Ein Cn+-Schnitt
umfasst per Definition die Fraktionen, die mindestens n Kohlenstoffatome
aufweisen.
-
Beispiel 3 (erfindungsgemäß):
-
Es
wird unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 der C5
+-Schnitt aus der Oligomerisation (Cooligomerisation)
des Schnitts (C4 + C5) gemäß Beispiel
2 (letzte Spalte der Tabelle 3), katalytisch gecrackt. Die Crackingausbeuten,
ausgedrückt
wie im Fall von Beispiel 1, in Gew.-%, bezogen auf die Olefinfraktion
der Beschickung C4 + C5, abgesehen von Isobuten, werden in der folgenden
Tabelle 4 angegeben: Tabelle 4
Ausbeuten
Gew.-% | Ablauf
Cracken |
H2 | 0,39 |
CH4 | 1,15 |
C2H4 | 5,20 |
C2H6 | 2,44 |
C3H6 | 28,73 |
C3H8 | 3,35 |
C4-/C5-Paraffine | 5,65 |
Isobuten | 11,11 |
C4-/C5-Olefine
abgesehen von Isobuten | 37,40 |
Benzin | 4,60 |
Insgesamt | 100,00 |
-
Wenn
der Reaktor zum Cracken, zum Beispiel in einer FCC-Einheit oder
einer Festbett- oder Bewegtbetteinheit, oder der Verdichter des
gecrackten Gases, oder die Einheit zur Gasbehandlung, eine begrenzte Kapazität aufweisen,
kann auch der C6+-Schnitt aus der Oligomerisation
und nicht der C5+-Schnitt aus der Oligomerisation
das Cracken versorgen, um die Durchflussmenge der gecrackten Oligomere
mit einem relativ geringen Propylenverlust zu reduzieren. Wenn die
Oligomerbeschickung, die zum Cracken geschickt wird, noch weiter
reduziert werden soll, kann auch nur die C8+-Fraktion
oder sogar die C9+-Fraktion zum Cracken geschickt werden.
Diese verschiedenen Varianten sind ebenfalls in dem Fall verwendbar,
in dem eine Oligomerisation in 2 Schritten b1) und b3) erfolgt.
Es ist zum Beispiel möglich,
eine erste Oligomerisation b1) eines C4-/C5-Schnitts zu realisieren,
C8+-Oligomere zu einer Fraktionierungszone
zur Herstellung von Basen für Benzin
und/oder Kerosin zu schicken, die restlichen C4-/C5-Fraktion in
eine zweite Oligomerisation b3) einzuspeisen, dann die zweiten C8+- oder C9+-Oligomere
abzuscheiden, die das Cracken versorgen.
-
Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel):
-
Der
C5-Ausgangsschnitt (also ohne vorherige Oligomerisation) wird unter
den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 katalytisch gecrackt,
in den die C5
+-Fraktion zugefügt wird, die die Oligomerisationsabflüsse des
C4-Schnitts gemäß Beispiel
2 umfassen. In diesem Vergleichsbeispiel wird nur der C4-Schnitt oligomerisiert
(typischerweise zum Zweck der Elimination der Butane nach dieser
Oligomerisation und vor dem Cracken). Der C5-Schnitt, der relativ
weniger Paraffine enthält
als der C4-Schnitt, wird direkt gecrackt, als Mischung mit den C5
+-Oligomeren, die durch die Oligomerisation
des C4-Schnitts erhalten wurden. Die Crackingausbeuten der Oligomere
werden in der folgenden Tabelle angegeben. Tabelle 5
Ausbeuten
kg/Std. | Ablauf
Cracken |
H2 | 0,24 |
CH4 | 0,73 |
C2H4 | 4,87 |
C2H6 | 2,13 |
C3H6 | 18,17 |
C3H8 | 2,12 |
C4-/C5-Paraffine | 3,57 |
Isobuten | 7,03 |
C4-/C5-Olefine
abgesehen von Isobuten | 59,03 |
Benzin | 2,11 |
Insgesamt | 100,00 |
-
Es
lässt sich
konstatieren, dass die Propylenausbeute dieses Vergleichsbeispiels
nennenswert niedriger ist als die aus dem erfindungsgemäßen Beispiel
3. Dies zeigt den Vorteil der Cooligomerisation komplexer Schnitte,
die Olefine umfassen, die eine unterschiedliche Anzahl an Kohlenstoffatomen
aufweisen, vor der Realisation des Crackens, und dies um die Selektivität gegenüber Propylen
und die Einfachdurchlaufumwandlung zu verbessern (Anmerkung: Die
Beispiele 3 und 4 können
nicht mit Beispiel 1 verglichen werden, da sie, neben der unterschiedlichen
Beschickung, Durchlaufcracken entsprechen, ohne Recycling der während des
Crackens wieder gebildeten Olefine).
-
Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ermöglicht
daher unterschiedliche Varianten zur Verbesserung der Propylenproduktion
für eine
gegebene Beschickung. Es ermöglicht
auch die Reduktion der Recyclagen aufgrund einer höheren Umwandlung
pro Durchgang, und typischerweise eine Verbesserung der Crackingselektivität gegenüber Propylen.
Es kann auch die Coproduktion von Benzin mit hoher Oktanzahl (vor
allem diisobutenreiches Benzin) und von Propylen, oder auch Diisobuten
(Mischung der beiden Isomere) und von Propylen, oder auch von Basen
für Benzin
und/oder Kerosin und/oder Gasöl,
und von Propylen ermöglichen.